WO2019135265A1 - Semiconductor device - Google Patents
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
Definitions
- the present invention relates to a semiconductor device.
- This phenomenon can be applied to the estimation of the type and amount of substances such as metals contained in an object.
- the object is irradiated with X-rays, and fluorescent X-rays emitted from the object are observed.
- the above estimation is performed on the basis of the energy intensity for each wavelength of light included in fluorescent X-rays, that is, on the basis of the spectrum of fluorescent X-rays.
- FIG. 15 shows the configuration of a detector 1010 that is an SDD.
- the detector 1010 includes a semiconductor substrate 1100, an insulating layer 1130, an anode electrode 1140, a cathode electrode 1150, and a plurality of gate electrodes 1160.
- reference numerals of two gate electrodes 1160 are shown as a representative of the plurality of gate electrodes 1160.
- the semiconductor substrate 1100 and the insulating layer 1130 are stacked in a direction Dr10 perpendicular to the surface 1100a of the semiconductor substrate 1100.
- the semiconductor substrate 1100 includes a first semiconductor layer 1110, a second semiconductor layer 1120, a first impurity layer 1111, and a plurality of second impurity layers 1112.
- the symbol of one second impurity layer 1112 is shown as a representative of the plurality of second impurity layers 1112.
- the first semiconductor layer 1110 and the second semiconductor layer 1120 are stacked in a direction Dr10 perpendicular to the surface 1100a of the semiconductor substrate 1100.
- the semiconductor substrate 1100 has a surface 1100 a and a surface 1100 b.
- the face 1100a and the face 1100b face in opposite directions.
- the first semiconductor layer 1110 contains an N-type semiconductor.
- the second semiconductor layer 1120 contains a P-type semiconductor.
- the second semiconductor layer 1120 is configured as a layer from the surface 1100 b to a predetermined depth.
- the first impurity layer 1111 and the plurality of second impurity layers 1112 are disposed in the first semiconductor layer 1110.
- the first impurity layer 1111 contains an N-type semiconductor.
- the first impurity layer 1111 is formed of a semiconductor material having an impurity concentration different from that of the semiconductor material forming the first semiconductor layer 1110.
- the second impurity layer 1112 contains a P-type semiconductor.
- the surface of each of the first impurity layer 1111 and the plurality of second impurity layers 1112 constitutes a surface 1100 a.
- Each of the first impurity layer 1111 and the plurality of second impurity layers 1112 is configured as a layer from the surface 1100 a to a predetermined depth.
- the insulating layer 1130 is stacked on the first semiconductor layer 1110.
- the anode electrode 1140, the cathode electrode 1150, and the plurality of gate electrodes 1160 are disposed on the surface of the insulating layer 1130. These electrodes are arranged at mutually different positions.
- the anode electrode 1140 is disposed at a position corresponding to the first impurity layer 1111.
- the cathode electrode 1150 and the plurality of gate electrodes 1160 are disposed at positions corresponding to the second impurity layer 1112.
- an opening is formed at a position corresponding to each of the first impurity layer 1111 and the plurality of second impurity layers 1112.
- the anode electrode 1140 is connected to the first impurity layer 1111 through an opening formed in the insulating layer 1130.
- the cathode electrode 1150 is connected to the second impurity layer 1112 through an opening formed in the insulating layer 1130.
- the gate electrode 1160 is connected to the second impurity layer 1112 through an opening formed in the insulating layer 1130. That is, the anode electrode 1140, the cathode electrode 1150, and the plurality of gate electrodes 1160 penetrate the insulating layer 1130.
- the gate electrode 1160 and the second impurity layer 1112 constitute a field effect transistor (FET).
- FIG. 16 is a plan view of the detector 1010.
- each element when the detector 1010 is viewed in a direction perpendicular to the surface 1100 a of the semiconductor substrate 1100 is shown. That is, in FIG. 16, each element when the detector 1010 is viewed from the front of the semiconductor substrate 1100 is shown.
- the symbol of one gate electrode 1160 is shown as a representative of the plurality of gate electrodes 1160.
- a cross section through line L10 shown in FIG. 16 is shown in FIG.
- the anode electrode 1140 is disposed at the center of the surface 1100 a of the semiconductor substrate 1100.
- the anode electrode 1140 is a circular electrode.
- the cathode electrode 1150 and the plurality of gate electrodes 1160 are ring-shaped electrodes.
- the cathode electrode 1150 and the plurality of gate electrodes 1160 are arranged concentrically.
- the cathode electrode 1150 and the plurality of gate electrodes 1160 are arranged to surround the anode electrode 1140.
- the cathode electrode 1150 is disposed at the outermost side.
- the plurality of gate electrodes 1160 are disposed between the anode electrode 1140 and the cathode electrode 1150.
- a voltage is applied to the anode electrode 1140, the cathode electrode 1150, and the plurality of gate electrodes 1160.
- the voltage applied to the anode electrode 1140 is higher than the voltage applied to the cathode electrode 1150.
- the voltage applied to the anode electrode 1140 is higher than any voltage applied to the plurality of gate electrodes 1160.
- a negative voltage is applied to the cathode electrode 1150 and the plurality of gate electrodes 1160.
- the voltage applied to the plurality of gate electrodes 1160 is higher than the voltage applied to the cathode electrode 1150.
- the voltage applied to the more inner gate electrode 1160 is higher than the voltage applied to the more outer gate electrode 1160.
- a voltage is applied to the anode electrode 1140, the cathode electrode 1150, and the plurality of gate electrodes 1160 so that the potential inside the semiconductor substrate 1100 increases from the outer periphery of the semiconductor substrate 1100 toward the center.
- the electrodes are disposed on the surface 1100 b of the semiconductor substrate 1100. That is, the electrode is disposed on the second semiconductor layer 1120. A voltage lower than that applied to the anode electrode 1140 is applied to that electrode. Thus, a voltage is applied to the second semiconductor layer 1120.
- the second semiconductor layer 1120 functions as a cathode electrode. A voltage is applied to the second semiconductor layer 1120 such that the internal potential of the semiconductor substrate 1100 increases from the surface 1100 b toward the surface 1100 a.
- a voltage as described above is applied to detector 1010.
- the potential in the semiconductor substrate 1100 increases from the outer periphery to the center of the semiconductor substrate 1100 and also increases from the surface 1100 b to the surface 1100 a. That is, a potential gradient is generated in the semiconductor substrate 1100.
- the potential acting on the electrons decreases from the outer periphery of the semiconductor substrate 1100 toward the center, and decreases from the surface 1100 b to the surface 1100 a. That is, a potential gradient is generated in the semiconductor substrate 1100.
- a signal based on the electrons is output from detector 1010.
- FIG. 17 shows the configuration of a detector 1011 configured similarly to the SDD disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. 17 a cross section of the detector 1011 is shown. As shown in FIG. 17, the detector 1011 has a semiconductor substrate 1101. The configuration shown in FIG. 17 will be described about differences from the configuration shown in FIG.
- the semiconductor substrate 1100 shown in FIG. 15 is changed to a semiconductor substrate 1101.
- the semiconductor substrate 1101 has a surface 1101 a and a surface 1101 b.
- the face 1101a and the face 1101b face in opposite directions to each other.
- the first semiconductor layer 1110 shown in FIG. 15 is changed to a first semiconductor layer 1113.
- the plurality of second impurity layers 1112 shown in FIG. 15 are changed to a plurality of second impurity layers 1114.
- the symbol of one second impurity layer 1114 is shown as a representative of the plurality of second impurity layers 1114.
- the plurality of second impurity layers 1114 include a P-type semiconductor.
- FIG. 17 five second impurity layers 1114 are shown.
- the widths of the plurality of second impurity layers 1114 in the direction parallel to the surface 1101a are different from each other.
- the width of the more outer second impurity layer 1114 is larger than the width of the more inner second impurity layer 1114.
- the voltage V 15 from the voltage V 11 is applied respectively to the second impurity layer 1114.
- the voltage applied to the inner second impurity layer 1114 is higher than the voltage applied to the outer second impurity layer 1114. Since the widths of the plurality of second impurity layers 1114 are different from each other, the potential gradient can be controlled.
- the insulating layer 1130, the anode electrode 1140, the cathode electrode 1150, and the plurality of gate electrodes 1160 shown in FIG. 15 are omitted.
- the voltage V 10 is applied to the first impurity layer 1111. Voltage V 10 is higher than any of the voltage V 11 of the voltage V 15.
- FIG. 18 shows the configuration of a detector 1012 configured similarly to the other SDD disclosed in Patent Document 1.
- a cross section of the detector 1012 is shown.
- the detector 1012 has a semiconductor substrate 1102, an insulating layer 1131, and a plurality of electrodes 1170.
- reference numerals of one electrode 1170 are shown as a representative of the plurality of electrodes 1170.
- the configuration shown in FIG. 18 will be described about differences from the configuration shown in FIG.
- the semiconductor substrate 1101 shown in FIG. 17 is changed to a semiconductor substrate 1102.
- the semiconductor substrate 1102 has a surface 1102 a and a surface 1102 b.
- the face 1102a and the face 1102b face in opposite directions to each other.
- the first semiconductor layer 1113 shown in FIG. 17 is changed to a first semiconductor layer 1115.
- the outermost second impurity layer 1114 among the plurality of second impurity layers 1114 shown in FIG. 17 is disposed.
- the other second impurity layers 1114 are not disposed.
- the region between the first impurity layer 1111 and the second impurity layer 1114 is covered with the insulating layer 1131.
- a plurality of electrodes 1170 are disposed on the insulating layer 1131. In FIG. 18, four electrodes 1170 are shown. The widths of the plurality of electrodes 1170 in directions parallel to the surface 1102a are different from each other. The width of the more outer electrode 1170 is greater than the width of the more inner electrode 1170.
- the voltage V 14 is applied respectively to the electrodes 1170 from the voltage V 11. The voltage applied to the more inner electrode 1170 is higher than the voltage applied to the more outer electrode 1170.
- a plurality of voltages applied to the plurality of gate electrodes 1160 are required.
- the voltage is applied to the plurality of second impurity layers 1114. it is required voltage V 14 from the voltage V 11 to be.
- the voltage V 11 applied to the plurality of electrodes 1170 V 14 is required.
- An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing the number of required voltages.
- a semiconductor device includes a semiconductor substrate, a first electrode, a second electrode, a conductive layer, an insulating layer, and a third electrode.
- the semiconductor substrate has a first main surface and a second main surface facing in opposite directions.
- the first electrode and the second electrode are disposed on the first main surface.
- the conductive layer is disposed on the second main surface or disposed in the semiconductor substrate so as to include the second main surface.
- the insulating layer is disposed on the first main surface.
- the third electrode is disposed on the first main surface between the first electrode and the second electrode via the insulating layer.
- the third electrode has a first region closest to the first electrode in the third electrode, and a second region closest to the second electrode in the third electrode.
- a third voltage applied to the first region is the second voltage. It is higher than the fourth voltage applied to the region.
- a third voltage applied to the first region is the second voltage. Lower than the fourth voltage applied to the region.
- the first region and the second region are electrically connected to each other.
- the third electrode may be configured in a continuous structure connecting the first region and the second region.
- the second electrode may be disposed around the first electrode. At least four strips of the third electrode may be arranged in parallel with the direction from the first electrode to the second electrode.
- the width of the third electrode in the first region is larger than the width of the third electrode in the second region. Good.
- the second electrode and the third electrode may be disposed around the first electrode.
- the third electrode may be arranged to intersect at a plurality of positions with an imaginary straight line passing through the first electrode and the second electrode.
- the third electrode may be arranged in a spiral.
- the width of the third electrode in the first region is smaller than the width of the third electrode in the second region. Good.
- the third electrode may have a plurality of partial electrodes.
- Each partial electrode included in the plurality of partial electrodes may include a first layer and a second layer different in position in a direction perpendicular to the first major surface.
- the insulating layer between the first layer of one of the partial electrodes and the second layer of the other partial electrode May be arranged.
- the first layer of the one partial electrode and the second layer of the other partial electrode may constitute a capacitance.
- the third region may be larger than the fourth region.
- the third region may be a region where the first layer and the second layer constituting the capacitor disposed at a position closest to the first electrode overlap with each other through the insulating layer.
- the fourth region may be a region where the first layer and the second layer constituting the capacitor disposed at a position closest to the second electrode overlap with each other via the insulating layer. .
- the semiconductor device can reduce the number of required voltages.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. It is a top view of the semiconductor device of a 1st embodiment of the present invention. It is a top view of the semiconductor device of the modification of a 1st embodiment of the present invention. It is a graph which shows potential distribution in the semiconductor device of a 1st embodiment of the present invention. It is a graph which shows the potential distribution in the semiconductor device of the modification of the 1st Embodiment of this invention. It is sectional drawing of the semiconductor device of the 2nd Embodiment of this invention. It is a top view of the semiconductor device of a 2nd embodiment of the present invention. FIG.
- FIG. 26 is a plan view of a semiconductor device of a first modified example of the second embodiment of the present invention.
- FIG. 25 is a plan view of a semiconductor device of a second modified example of the second embodiment of the present invention. It is sectional drawing of the semiconductor device of the 3rd Embodiment of this invention. It is an enlarged view of the cross section of the semiconductor device of a 3rd embodiment of the present invention. It is a top view of the semiconductor device of a 3rd embodiment of the present invention. It is an enlarged view of the cross section of the semiconductor device of the modification of the 3rd Embodiment of this invention. It is sectional drawing of the semiconductor device of the 4th Embodiment of this invention.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of a prior art detector.
- FIG. 1 is a plan view of a prior art detector.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of a prior art detector.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of a prior art detector.
- FIG. 1 shows the configuration of a semiconductor device 10 according to a first embodiment of the present invention.
- a cross section of a semiconductor device 10 is shown.
- the semiconductor device 10 is configured as a silicon drift detector (SDD) that detects radiation, that is, fluorescent X-rays.
- SDD silicon drift detector
- the dimensions of the parts constituting the semiconductor device 10 do not necessarily follow the dimensions shown in FIG.
- the dimensions of the parts constituting the semiconductor device 10 may be arbitrary. The same applies to the dimensions in other cross-sectional views.
- the semiconductor device 10 includes a semiconductor substrate 100, a first electrode 140, a second electrode 150, a second semiconductor layer 120 (conductive layer), an insulating layer 130, and a third electrode 160.
- the semiconductor substrate 100 has a surface 110a (first main surface) and a surface 120b (second main surface) facing in opposite directions.
- the first electrode 140 and the second electrode 150 are disposed on the surface 110 a.
- the second semiconductor layer 120 is disposed in the semiconductor substrate 100 so as to include the surface 120 b and has conductivity.
- the insulating layer 130 is disposed on the surface 110 a.
- the third electrode 160 is disposed on the surface 110 a via the insulating layer 130 between the first electrode 140 and the second electrode 150.
- the third electrode 160 has a first region S1 closest to the first electrode 140 in the third electrode 160 and a second region S2 closest to the second electrode 150 in the third electrode 160. . If the first voltage applied to the first electrode 140 is higher than the second voltage applied to the second electrode 150, the third voltage V 1 applied to the first region S1 is the second fourth higher than the voltage V 2 of which is applied to the area S2. If the first voltage applied to the first electrode 140 is lower than the second voltage applied to the second electrode 150, the third voltage V 1 applied to the first region S1 is the second the fourth lower than the voltage V 2 applied to the area S2.
- the first region S1 and the second region S2 are electrically connected to each other.
- the semiconductor device 10 includes a semiconductor substrate 100, an insulating layer 130, a first electrode 140, a second electrode 150, and a third electrode 160.
- the semiconductor substrate 100, the insulating layer 130, and the third electrode 160 are stacked in a direction Dr1 perpendicular to the surface 110a of the semiconductor substrate 100.
- the semiconductor substrate 100 includes a first semiconductor layer 110, a second semiconductor layer 120, a first impurity layer 111, and a second impurity layer 112.
- the semiconductor material forming the semiconductor substrate 100 is silicon (Si).
- the first semiconductor layer 110 includes an N-type semiconductor.
- the first semiconductor layer 110 has a surface 110 a and a surface 110 b.
- the face 110a and the face 110b face in opposite directions to each other.
- the surface 110 a and the surface 110 b constitute the main surface of the first semiconductor layer 110.
- the main surface of the first semiconductor layer 110 is a relatively wide surface among a plurality of surfaces forming the surface of the first semiconductor layer 110.
- the surface 110 a constitutes the main surface of the semiconductor substrate 100.
- the main surface of the semiconductor substrate 100 is a relatively wide surface among a plurality of surfaces forming the surface of the semiconductor substrate 100.
- the first impurity layer 111 and the second impurity layer 112 are disposed in the first semiconductor layer 110.
- the first impurity layer 111 contains an N-type semiconductor.
- the first impurity layer 111 is formed of a semiconductor material having an impurity concentration different from that of the semiconductor material forming the first semiconductor layer 110.
- the second impurity layer 112 contains a P-type semiconductor.
- the surface of each of the first impurity layer 111 and the second impurity layer 112 constitutes a surface 110 a.
- Each of the first impurity layer 111 and the second impurity layer 112 is configured as a layer from the surface 110 a to a predetermined depth.
- the second semiconductor layer 120 includes an N-type semiconductor.
- the second semiconductor layer 120 is stacked on the first semiconductor layer 110.
- the second semiconductor layer 120 is in contact with the surface 110 b of the first semiconductor layer 110.
- the second semiconductor layer 120 has a surface 120 a and a surface 120 b.
- the face 120a and the face 120b face in opposite directions to each other.
- the surface 120 a and the surface 120 b constitute the main surface of the second semiconductor layer 120.
- the main surface of the second semiconductor layer 120 is a relatively wide surface among a plurality of surfaces forming the surface of the second semiconductor layer 120.
- the face 120a is in contact with the face 110b.
- the surface 120 b constitutes the main surface of the semiconductor substrate 100.
- the second semiconductor layer 120 covers at least a part of the surface 110 b.
- the second semiconductor layer 120 covers the entire surface 110 b.
- An electrode having a structure similar to that of the second electrode 150 is disposed at the outer peripheral portion of the surface 120 b.
- a predetermined voltage is applied to the electrode.
- An opening may be formed in part of the second semiconductor layer 120.
- the insulating layer 130 is made of an insulating material.
- the insulating material forming the insulating layer 130 is silicon dioxide (SiO 2).
- the insulating layer 130 is stacked on the first semiconductor layer 110.
- the insulating layer 130 is in contact with the surface 110 a of the first semiconductor layer 110.
- the insulating layer 130 has a surface 130 a and a surface 130 b.
- the face 130a and the face 130b face in opposite directions to each other.
- the surface 130 a and the surface 130 b constitute the main surface of the insulating layer 130.
- the main surface of the insulating layer 130 is a relatively wide surface among a plurality of surfaces forming the surface of the insulating layer 130.
- the surface 130 b is in contact with the surface 110 a.
- the insulating layer 130 covers at least a part of the surface 110 a.
- the first electrode 140 and the second electrode 150 are made of a conductive material.
- the conductive material forming the first electrode 140 and the second electrode 150 is a metal such as copper (Cu), aluminum (Al), and gold (Au).
- the conductive material forming the first electrode 140 and the second electrode 150 may include a semiconductor such as polysilicon having a high impurity concentration.
- the first electrode 140 and the second electrode 150 may be made of different conductive materials.
- the third electrode 160 is made of a conductive high-resistance material.
- the high-resistance material forming the third electrode 160 is high-resistance polysilicon and high-resistance amorphous silicon.
- the high-resistance material that constitutes the third electrode 160 may be a material in which current does not easily flow.
- the third electrode 160 may be made of a narrow metal.
- the high resistance material that constitutes the third electrode 160 excludes the insulating material.
- a plurality of third electrodes 160 are arranged.
- the first electrode 140, the second electrode 150, and the third electrode 160 are disposed on the surface 130 a of the insulating layer 130. These electrodes are arranged at mutually different positions.
- the first electrode 140 is disposed at a position corresponding to the first impurity layer 111.
- the second electrode 150 is disposed at a position corresponding to the second impurity layer 112. In the example shown in FIG. 1, the impurity layer is not disposed at the position corresponding to the third electrode 160.
- the insulating layer 130 In the insulating layer 130, an opening is formed at a position corresponding to each of the first impurity layer 111 and the second impurity layer 112.
- the first electrode 140 is connected to the first impurity layer 111 through an opening formed in the insulating layer 130.
- the second electrode 150 is connected to the second impurity layer 112 through an opening formed in the insulating layer 130. That is, the first electrode 140 and the second electrode 150 penetrate the insulating layer 130.
- the third electrode 160 is disposed on the insulating layer 130. A portion of the third electrode 160 may be disposed inside the insulating layer 130. The third electrode 160 is separated from the surface 110 a by a predetermined distance. The third electrode 160 is disposed out of contact with the first electrode 140 and the second electrode 150. That is, the third electrode 160 is insulated from the first electrode 140 and the second electrode 150.
- the first region S 1 includes an end closest to the first electrode 140 in the third electrode 160.
- the second region S 2 includes the end closest to the second electrode 150 at the third electrode 160. It is a terminal for applying the voltages V 1 to the third electrode 160 is disposed on the first region S1. It is a terminal for applying a voltage V 2 to the third electrode 160 is disposed on the second region S2.
- the third electrode 160 has a continuous structure connecting the first region S1 and the second region S2.
- the third electrode 160 is configured of a single body that does not break between the first region S1 and the second region S2.
- FIG. 2 is a plan view of the semiconductor device 10.
- each element when the semiconductor device 10 is viewed in the direction perpendicular to the surface 110 a of the first semiconductor layer 110 is shown. That is, in FIG. 2, each element when the semiconductor device 10 is viewed from the front of the semiconductor substrate 100 is shown.
- a symbol of one third electrode 160 is shown as a representative of the plurality of third electrodes 160.
- a cross section through line A1-A1 shown in FIG. 2 is shown in FIG.
- the shape of the semiconductor device 10 is rectangular. In the example shown in FIG. 2, the shape of the semiconductor device 10 is square. The shape of the semiconductor device 10 is not limited to a rectangle.
- the first electrode 140 is disposed at the center of the surface 110a.
- the first electrode 140 is a circular electrode.
- the shape of the first electrode 140 may be rectangular or the like.
- the second electrode 150 is a ring-shaped electrode.
- the shape of the second electrode 150 may be a rectangle with a hole or the like.
- the second electrode 150 is disposed to surround the first electrode 140 and the plurality of third electrodes 160. That is, the second electrode 150 is disposed around the first electrode 140 and the plurality of third electrodes 160. It is only necessary that at least one second electrode 150 be disposed.
- a plurality of second electrodes 150 may be disposed around the first electrode 140 and the plurality of third electrodes 160.
- the plurality of third electrodes 160 are disposed between the first electrode 140 and the second electrode 150. At least four strip-shaped third electrodes 160 are disposed in parallel with the direction from the first electrode 140 toward the second electrode 150. The direction from the first electrode 140 to the second electrode 150 is the radial direction of a circle centered on the first electrode 140. The third electrode 160 is elongated in a direction from the first electrode 140 to the second electrode 150. In FIG. 2, eight third electrodes 160 are disposed. Eight third electrodes 160 are radially disposed about the first electrode 140.
- the width of the third electrode 160 in the first region S1 is the same as the width of the third electrode 160 in the second region S2.
- the width of the third electrode 160 is the width in the direction perpendicular to the direction from the first electrode 140 toward the second electrode 150.
- the width of the third electrode 160 is constant regardless of the position on the third electrode 160.
- the plurality of third electrodes 160 are arranged not to be in contact with each other. At least two third electrodes 160 may be in contact with each other.
- the first distance D1 is smaller than the second distance D2.
- the first distance D1 is the distance between the first electrode 140 and the first region S1.
- the second distance D2 is a distance from a position between the first electrode 140 and the second electrode 150 to the first region S1.
- the third distance D3 is smaller than the fourth distance D4.
- the third distance D3 is the distance between the second electrode 150 and the second region S2.
- the fourth distance D4 is a distance from a position between the first electrode 140 and the second electrode 150 to the second region S2.
- a voltage is applied to the first electrode 140, the second electrode 150, and the plurality of third electrodes 160.
- the voltage applied to the first electrode 140 is higher than the voltage applied to the second electrode 150.
- the first electrode 140 functions as an anode electrode, and the second electrode 150 functions as a cathode electrode.
- the voltage applied to the first electrode 140 is higher than the voltage applied to the first region S1 of the third electrode 160.
- a negative voltage is applied to the second electrode 150 and the plurality of third electrodes 160.
- the voltage applied to the first region S1 is higher than the voltage applied to the second region S2.
- the voltage applied to the second region S2 is higher than the voltage applied to the second electrode 150.
- the third electrode 160 the voltage changes continuously between the first region S1 and the second region S2.
- the voltage of the portion closer to the first electrode 140 in the third electrode 160 is higher than the voltage on the portion closer to the second electrode 150.
- a voltage is applied to the first electrode 140, the second electrode 150, and the plurality of third electrodes 160 such that the potential inside the semiconductor substrate 100 becomes higher from the outer periphery of the semiconductor substrate 100 toward the center.
- An electrode for applying a voltage to the second semiconductor layer 120 is disposed on the surface 120 b of the semiconductor substrate 100. That is, the electrode is disposed on the second semiconductor layer 120. A voltage lower than that applied to the first electrode 140 is applied to that electrode. Thus, a voltage is applied to the second semiconductor layer 120.
- the second semiconductor layer 120 functions as a cathode electrode. A voltage is applied to the second semiconductor layer 120 such that the internal potential of the semiconductor substrate 100 increases from the surface 110 b toward the surface 110 a.
- the voltage as described above is applied to the semiconductor device 10.
- the potential acting on the electrons decreases from the periphery to the center of the semiconductor substrate 100 and decreases from the surface 110 b to the surface 110 a. That is, a potential gradient is generated in the semiconductor substrate 100.
- X-rays enter the semiconductor device 10
- electrons are generated in the semiconductor substrate 100.
- the electrons collect at the first electrode 140 according to the potential gradient.
- a signal based on the electrons is output from the semiconductor device 10.
- the first semiconductor layer 110 and the first impurity layer 111 may be made of a P-type semiconductor, and the second semiconductor layer 120 and the second impurity layer 112 may be made of an N-type semiconductor.
- the voltage applied to each electrode in that case will be described.
- the voltage applied to the first electrode 140 is lower than the voltage applied to the second electrode 150.
- the first electrode 140 functions as a cathode electrode, and the second electrode 150 functions as an anode electrode.
- the voltage applied to the first electrode 140 is lower than the voltage applied to the third electrode 160.
- a positive voltage is applied to the second electrode 150 and the third electrode 160.
- the voltage applied to the first region S1 is lower than the voltage applied to the second region S2.
- the voltage applied to the second region S2 is lower than the voltage applied to the second electrode 150.
- the third electrode 160 the voltage changes continuously between the first region S1 and the second region S2.
- the voltage of the portion closer to the first electrode 140 in the third electrode 160 is lower than the voltage on the portion closer to the second electrode 150.
- a voltage is applied to the first electrode 140, the second electrode 150, and the plurality of third electrodes 160 such that the potential inside the semiconductor substrate 100 decreases from the outer periphery of the semiconductor substrate 100 toward the center.
- a voltage higher than the voltage applied to the first electrode 140 is applied to the electrode on the second semiconductor layer 120.
- a voltage is applied to the second semiconductor layer 120.
- a voltage is applied to the second semiconductor layer 120 such that the internal potential of the semiconductor substrate 100 decreases from the surface 110 b toward the surface 110 a.
- the first impurity layer 111 and the second impurity layer 112 are not essential in the semiconductor device of each aspect of the present invention.
- the third electrode 160 has the first region S1 and the second region S2 electrically connected.
- the number of voltages that need to be applied to the third electrode 160 is two. Therefore, the semiconductor device 10 can reduce the number of required voltages.
- FIG. 3 is a plan view of a semiconductor device 11 according to a modification of the first embodiment of the present invention.
- each element when the semiconductor device 11 is viewed in the direction perpendicular to the surface 110 a of the first semiconductor layer 110 is shown. That is, in FIG. 3, each element when the semiconductor device 11 is viewed from the front of the semiconductor substrate 100 is shown.
- the configuration shown in FIG. 3 will be described about differences from the configuration shown in FIG.
- a plurality of third electrodes 161 are disposed instead of the plurality of third electrodes 160 shown in FIG.
- the symbol of one third electrode 161 is shown as a representative of the plurality of third electrodes 161.
- the width of the third electrode 161 in the first region S1 is larger than the width of the third electrode 161 in the second region S2.
- the width of the third electrode 161 is the width in the direction perpendicular to the direction from the first electrode 140 toward the second electrode 150.
- the third electrode 161 is configured such that the first region S1 is thicker than the second region S2.
- the width of the third electrode 161 gradually decreases from the first region S1 to the second region S2.
- the width of the third electrode 160 is constant regardless of the position on the third electrode 160. Therefore, the resistance value of the third electrode 160 per unit length is constant. As a result, a potential with a constant slope is generated on the surface 110 a of the semiconductor device 10.
- FIG. 4 shows a potential distribution Pt1 on the surface 110a of the semiconductor device 10 shown in FIG.
- the horizontal axis indicates the distance r from the first electrode 140, and the vertical axis indicates the magnitude of the potential.
- the potential on the first electrode 140 side is low, and the potential on the second electrode 150 side is high.
- the gradient of the potential is constant.
- the width of the third electrode 161 gradually decreases from the first region S1 to the second region S2. Therefore, the resistance value of the third electrode 160 per unit length gradually increases from the first region S1 to the second region S2. As a result, in the surface 110 a of the semiconductor device 10, potentials having different gradients are generated depending on the distance from the first electrode 140.
- FIG. 5 shows a potential distribution Pt2 on the surface 110a of the semiconductor device 11 shown in FIG.
- the horizontal axis indicates the distance r from the first electrode 140, and the vertical axis indicates the magnitude of the potential.
- the gradient of the potential near the second electrode 150 is larger than the gradient of the potential near the first electrode 140.
- the gradient of the potential shown in FIG. 5 is larger than the gradient of the potential shown in FIG.
- the gradient of the potential shown in FIG. 5 is smaller than the gradient of the potential shown in FIG.
- the gradient of the potential at a position from near the middle of the first electrode 140 and the second electrode 150 to the first electrode 140 is small. Therefore, the acceleration obtained by the electrons generated near the middle of the first electrode 140 and the second electrode 150 is small. Therefore, before the electron reaches the first electrode 140, the electron may recombine with the hole.
- the potential distribution Pt1 shown in FIG. 4 is preferred, or the potential distribution Pt2 shown in FIG. It may be preferable.
- the width of the third electrode 161 in the first region S1 may be smaller than the width of the third electrode 161 in the second region S2. That is, the width of the third electrode 161 may gradually increase from the first region S1 to the second region S2. In other words, the third electrode 161 may be configured such that the first region S1 is thinner than the second region S2.
- the widths of the third electrodes 161 in the first region S1 and the second region S2 are different. Thereby, the potential gradient in the semiconductor device 11 can be changed.
- FIG. 6 shows the configuration of the semiconductor device 12 according to the second embodiment of the present invention.
- a cross section of the semiconductor device 12 is shown.
- the configuration shown in FIG. 6 will be described about differences from the configuration shown in FIG.
- a third electrode 162 is disposed instead of the third electrode 160 shown in FIG.
- the third electrode 162 is arranged to intersect at a plurality of positions with an imaginary straight line L1 passing through the first electrode 140 and the second electrode 150.
- the virtual straight line L1 is an arbitrary straight line passing through the first electrode 140, the second electrode 150, and the third electrode 162.
- the spacing D5 of each position of the third electrode 160 in the imaginary straight line L1 is the same.
- FIG. 7 is a plan view of the semiconductor device 12.
- each element when the semiconductor device 12 is viewed in the direction perpendicular to the surface 110a of the first semiconductor layer 110 is shown. That is, in FIG. 7, each element when the semiconductor device 12 is viewed from the front of the semiconductor substrate 100 is shown.
- a cross section through line A2-A2 shown in FIG. 7 is shown in FIG. The configuration shown in FIG. 7 will be described about differences from the configuration shown in FIG.
- one third electrode 162 is disposed.
- the second electrode 150 and the third electrode 162 are disposed to surround the first electrode 140. That is, the second electrode 150 and the third electrode 162 are disposed around the first electrode 140.
- the third electrode 162 is arranged in a spiral. The optional path from the first region S1 to the second region S2 of the third electrode 162 rotates around the first electrode 140 one or more times. In the example shown in FIG. 7, the third electrode 162 is arranged in a curved shape.
- the width of the third electrode 162 in the first region S1 is smaller than the width of the third electrode 162 in the second region S2.
- the width of the third electrode 162 is the width in the direction from the first electrode 140 toward the second electrode 150.
- the third electrode 162 is configured such that the first region S1 is thinner than the second region S2.
- the width of the third electrode 162 gradually increases from the first region S1 to the second region S2.
- the width of the third electrode 162 is designed such that the resistance value of the third electrode 162 for each rotation is constant. In other words, the width of the third electrode 162 is designed so that the voltage drop per round is constant.
- the width of the third electrode 162 in the first region S1 may be the same as the width of the third electrode 162 in the second region S2.
- the width of the third electrode 162 in the first region S1 may be larger than the width of the third electrode 162 in the second region S2. That is, the width of the third electrode 162 may be gradually reduced from the first region S1 to the second region S2.
- the semiconductor device 12 is configured such that the width of the third electrode 162 is constant regardless of the position on the third electrode 162. Since the width of the third electrode 162 is constant, the resistance value of the third electrode 162 per predetermined length is constant.
- the length of one round of the third electrode 162 at a position close to the first electrode 140 is shorter than the length of one round of the third electrode 162 at a position near the second electrode 150. Therefore, the voltage drop per round at a position close to the first electrode 140 is smaller than the voltage drop per round at a position close to the second electrode 150.
- the gradient of the potential at the position near the second electrode 150 is larger than the gradient of the potential at the position near the first electrode 140. That is, the potential distribution on the surface 110a of the semiconductor device 12 is similar to the potential distribution Pt2 shown in FIG.
- the potential distribution on the surface 110a of the semiconductor device 12 is similar to the potential distribution Pt1 shown in FIG.
- a potential distribution such as the potential distribution Pt1 shown in FIG. 4 is preferable or depending on the relationship between the distance between the first electrode 140 and the second electrode 150 and the voltage applied to each electrode, or In some cases, a potential distribution such as the potential distribution Pt2 shown is preferable.
- the width of the third electrode 162 in the first region S1 may be larger than the width of the third electrode 162 in the second region S2. That is, the width of the third electrode 162 may be gradually reduced from the first region S1 to the second region S2. In other words, the third electrode 162 may be configured such that the first region S1 is thicker than the second region S2.
- the width of the third electrode 162 is constant and the distance between the third electrodes 162 is narrow in a region near the first electrode 140 and the distance between the third electrodes 162 is near a region near the second electrode 150. It may be wide. Under this condition, the potential distribution on the surface 110a of the semiconductor device 12 may be similar to the potential distribution Pt1 shown in FIG.
- the third electrodes 162 are arranged in a spiral. Therefore, one third electrode 162 can surround the first electrode 140. As a result, the number of places requiring application of a voltage to the third electrode 162 is reduced to two.
- the widths of the spiral third electrodes 162 in the first region S1 and the second region S2 are different. Thereby, the potential gradient in the semiconductor device 12 can be changed.
- FIG. 8 is a plan view of a semiconductor device 13 according to a first modification of the second embodiment of the present invention.
- each element when the semiconductor device 13 is viewed in the direction perpendicular to the surface 110a of the first semiconductor layer 110 is shown. That is, in FIG. 8, each element when the semiconductor device 13 is viewed from the front of the semiconductor substrate 100 is shown.
- the configuration shown in FIG. 8 will be described about differences from the configuration shown in FIG.
- a third electrode 163 is disposed instead of the third electrode 162 shown in FIG.
- the third electrode 163 is arranged in a rectangular shape and in a spiral shape. Similar to the third electrode 162 shown in FIG. 7, the width of the third electrode 163 in the first region S1 is smaller than the width of the third electrode 163 in the second region S2.
- the third electrode 163 may be arranged in a polygonal shape and in a spiral shape. The polygon may be a figure other than a rectangle.
- FIG. 9 is a plan view of a semiconductor device 14 of a second modification of the second embodiment of the present invention.
- each element when the semiconductor device 14 is viewed in the direction perpendicular to the surface 110 a of the first semiconductor layer 110 is shown. That is, in FIG. 9, each element when the semiconductor device 14 is viewed from the front of the semiconductor substrate 100 is shown.
- the configuration shown in FIG. 9 will be described about differences from the configuration shown in FIG.
- a third electrode 164a and a third electrode 164b are disposed.
- the region between the first electrode 140 and the second electrode 150 is divided into two regions by a straight line L 2 passing through the center of the first electrode 140 and the second electrode 150.
- the third electrode 164a is disposed in one of the two regions, and the third electrode 164b is disposed in the other of the two regions.
- the third electrode 164a and the third electrode 164b have a plurality of first structures and a plurality of second structures. Each of the plurality of first structures is arranged in a semicircular shape. Each of the plurality of second structures is connected to two first structures.
- the width of the third electrode 164 a near the first electrode 140 is smaller than the width of the third electrode 164 a near the second electrode 150.
- the width of the third electrode 164 b near the first electrode 140 is smaller than the width of the third electrode 164 b near the second electrode 150.
- FIG. 10 shows the configuration of a semiconductor device 15 according to the third embodiment of the present invention.
- a cross section of the semiconductor device 15 is shown.
- points different from the configuration shown in FIG. 1 will be described.
- a third electrode 165 is disposed instead of the third electrode 160 shown in FIG.
- the third electrode 165 is made of a conductive material.
- the conductive material forming the third electrode 165 is a metal such as copper (Cu), aluminum (Al), and gold (Au).
- the conductive material forming the third electrode 165 may include a semiconductor such as polysilicon having a high impurity concentration.
- the third electrode 165 has a plurality of partial electrodes 165a.
- the partial electrode 165a has a two-layer electrode structure.
- the partial electrode 165a closest to the first electrode 140 has a first region S1.
- the partial electrode 165a closest to the second electrode 150 has a second region S2.
- FIG. 11 is an enlarged view of a cross section of the semiconductor device 15.
- Each partial electrode 165a included in the plurality of partial electrodes 165a includes a first layer 1650 and a second layer 1651 which are different in position in the direction Dr1 perpendicular to the surface 110a.
- the insulating layer 130 is disposed between the first layer 1650 of one partial electrode 165a and the second layer 1651 of the other partial electrode 165a.
- the first layer 1650 of one partial electrode 165a and the second layer 1651 of the other partial electrode 165a constitute a capacitance C1.
- the plurality of partial electrodes 165a are electrically connected via a capacitor C1.
- the first layer 1650 is disposed inside the insulating layer 130.
- the second layer 1651 is disposed inside and outside the insulating layer 130.
- the distance between one first layer 1650 and the other second layer 1651 of two partial electrodes 165a adjacent to the direction Dr2 is constant regardless of the distance from the first electrode 140.
- the first layer 1650 is offset with respect to the second layer 1651 in a direction Dr2 parallel to the surface 110a.
- the second layer 1651 is offset relative to the first layer 1650 in the direction opposite to the direction Dr2.
- the first layers 1650 of the two partial electrodes 165a adjacent to the direction Dr2 are separated by a predetermined distance.
- the second layers 1651 of the two partial electrodes 165a adjacent to the direction Dr2 are separated by a predetermined distance.
- the spacing of the plurality of first layers 1650 in the direction Dr2 is the same.
- the spacing between the plurality of second layers 1651 in the direction Dr2 is the same.
- the widths of the first layers 1650 of the plurality of partial electrodes 165a in the direction Dr2 are the same.
- the widths of the second layers 1651 of the plurality of partial electrodes 165a in the direction Dr2 are the same.
- the widths of the first layer 1650 and the second layer 1651 in the direction Dr2 are the same.
- the widths of the first layer 1650 and the second layer 1651 in the direction Dr2 may be different.
- the distance between the first layer 1650 and the second layer 1651 of the plurality of capacitors C1 is the same.
- FIG. 12 is a plan view of the semiconductor device 15.
- each element when the semiconductor device 15 is seen in the direction perpendicular to the surface 110a of the first semiconductor layer 110 is shown. That is, in FIG. 12, each element when the semiconductor device 15 is viewed from the front of the semiconductor substrate 100 is shown.
- a cross section through line A3-A3 shown in FIG. 12 is shown in FIG. The configuration shown in FIG. 12 will be described about differences from the configuration shown in FIG.
- the plurality of partial electrodes 165a are ring-shaped electrodes.
- the plurality of partial electrodes 165a are arranged concentrically.
- the second layer 1651 of the partial electrode 165a is shown.
- the first layer 1650 is not shown in FIG. 12 because the first layer 1650 is disposed inside the insulating layer 130.
- the plurality of partial electrodes 165a may be arranged in a polygonal shape.
- FIG. 12 The configuration shown in FIG. 12 is the same as the configuration shown in FIG.
- the plurality of partial electrodes 165a are connected in series via the capacitor C1.
- the voltage V 1 is applied to one point of the partial electrode 165 a closest to the first electrode 140.
- the voltage V 2 is applied to one point of the partial electrode 165 a closest to the second electrode 150.
- the plurality of partial electrodes 165a including the capacitance C1 are disposed.
- the plurality of partial electrodes 165a are electrically connected via a capacitor C1. Therefore, the number of places where application of a voltage to the third electrode 165 is required can be reduced to two.
- FIG. 13 shows the configuration of a semiconductor device 16 according to a modification of the third embodiment of the present invention.
- FIG. 13 is an enlarged view of a cross section of the semiconductor device 16. The configuration shown in FIG. 13 will be described about differences from the configuration shown in FIG.
- the third area S3 is larger than the fourth area S4.
- the third region S3 is a region where the first layer 1650 and the second layer 1651, which constitute the capacitor C1a disposed at a position closest to the first electrode 140, overlap with the insulating layer 130 interposed therebetween.
- the fourth region S4 is a region where the first layer 1650 and the second layer 1651 constituting the capacitor C1b disposed at a position closest to the second electrode 150 overlap with the insulating layer 130 interposed therebetween.
- the width of the third region S3 in the direction Dr2 parallel to the surface 110a is larger than the width of the fourth region S4.
- the two layers forming a capacitor C1 at a position closer to the second electrode 150 form the insulating layer 130. Larger than the overlapping area.
- the region where the two layers overlap with the insulating layer 130 interposed therebetween gradually decreases from the capacitance C1 on the first electrode 140 side to the capacitance C1 on the second electrode 150 side.
- the spacing of the plurality of first layers 1650 and the spacing of the plurality of second layers 1651 in the direction Dr2 differ depending on the distance from the first electrode 140.
- the spacing of the plurality of first layers 1650 closer to the first electrode 140 is smaller than the spacing closer to the second electrode 150.
- the distance between the plurality of first layers 1650 gradually increases from the first electrode 140 to the second electrode 150.
- the distance between the plurality of second layers 1651 at a position closer to the first electrode 140 is smaller than that at a position near the second electrode 150.
- the distance between the plurality of second layers 1651 gradually increases from the first electrode 140 to the second electrode 150.
- the region where the two layers overlap with the insulating layer 130 interposed therebetween gradually decreases from the capacitance C1 on the first electrode 140 side to the capacitance C1 on the second electrode 150 side. From the capacitance C1 on the first electrode 140 side to the capacitance C1 on the second electrode 150 side, the capacitance value of the capacitance C1 gradually decreases. Since the amount of charge stored in each capacitor C1 is the same, the voltage between the two layers of the capacitor C1 is from the capacitor C1 on the first electrode 140 side to the capacitor C1 on the second electrode 150 side. It will grow gradually. As a result, in the surface 110 a of the semiconductor device 16, potentials having different gradients are generated depending on the distance from the first electrode 140. The potential distribution on the surface 110a of the semiconductor device 16 is similar to the potential distribution Pt2 shown in FIG.
- the size of the third region S3 is the same as the size of the fourth region S4. That is, the size of the region where the two layers overlap with the insulating layer 130 is constant regardless of the distance from the first electrode 140.
- the third area S3 may be smaller than the fourth area S4. That is, the region where the two layers overlap with the insulating layer 130 interposed therebetween may gradually increase from the capacitance C1 on the first electrode 140 side to the capacitance C1 on the second electrode 150 side.
- the sizes of the third area S3 and the fourth area S4 are different. Thereby, the potential gradient in the semiconductor device 16 can be changed.
- FIG. 14 shows the configuration of a semiconductor device 17 according to the fourth embodiment of the present invention.
- a cross section of the semiconductor device 17 is shown.
- the configuration shown in FIG. 14 will be described about differences from the configuration shown in FIG.
- the semiconductor substrate 100 shown in FIG. 1 is changed to a semiconductor substrate 101.
- the semiconductor substrate 101 does not have the second semiconductor layer 120 shown in FIG.
- a fourth electrode 170 (conductive layer) is disposed instead of the second semiconductor layer 120 shown in FIG.
- the fourth electrode 170 is made of a conductive material.
- the conductive material forming the fourth electrode 170 is a metal such as copper (Cu), aluminum (Al), and gold (Au).
- the conductive material forming the fourth electrode 170 may include a semiconductor such as polysilicon having a high impurity concentration.
- the fourth electrode 170 is stacked on the first semiconductor layer 110.
- the surface 110 b constitutes the main surface of the semiconductor substrate 101.
- the fourth electrode 170 is disposed on the surface 110 b of the first semiconductor layer 110 and has conductivity.
- the fourth electrode 170 is in contact with the surface 110 b.
- the fourth electrode 170 has a surface 170a and a surface 170b.
- the face 170a and the face 170b face in opposite directions to each other.
- the surface 170 a and the surface 170 b constitute the main surface of the fourth electrode 170.
- the main surface of the fourth electrode 170 is a relatively wide surface among a plurality of surfaces forming the surface of the first semiconductor layer 110.
- Surface 170a is in contact with surface 110b.
- the fourth electrode 170 covers at least a part of the surface 110 b. In the example shown in FIG. 14, the fourth electrode 170 covers the entire surface 110 b. An opening may be formed in part of the fourth electrode 170.
- a voltage is applied to the fourth electrode 170.
- the voltage applied to the fourth electrode 170 is the same as the voltage applied to the second semiconductor layer 120 shown in FIG.
- the semiconductor substrate 100 is changed to the semiconductor substrate 101 and the second semiconductor layer 120 is replaced with Four electrodes 170 may be disposed.
- the semiconductor device 17 can reduce the number of required voltages.
- the semiconductor device can reduce the number of required voltages.
- 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 semiconductor devices 100, 101, 1100, 1101, 1102 semiconductor substrates 110, 1110, 1113, 1115 first semiconductor layers 120, 1120 second semiconductor layers 111, 1111 first impurity layer 112, 1112, 1114 second impurity layer 130, 1130, 1131 insulating layer 140 first electrode 150 second electrode 160, 161, 162, 163, 164a, 164b, 165 third electrode 165a partial electrode 170 fourth electrode 1010, 1011, 1012 detector 1140 anode electrode 1150 cathode electrode 1160 gate electrode 1170 electrode 1650 first layer 1651 second layer
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device.
X線が金属等の物質に照射されたとき、その物質がその物質の原子に固有のエネルギー(波長)の蛍光を発することが知られている。蛍光の波長帯域はX線の波長帯域とほぼ等しい。蛍光の強度は非常に微弱である。 It is known that when a substance such as metal is irradiated with X-rays, the substance emits fluorescence of energy (wavelength) specific to the atoms of the substance. The wavelength band of fluorescence is approximately equal to the wavelength band of X-rays. The intensity of the fluorescence is very weak.
この現象は、対象物に含まれる金属等の物質の種類および量の推定に応用できる。この推定のために対象物にX線が照射され、かつ対象物から発せられた蛍光X線が観察される。蛍光X線に含まれる光の波長毎のエネルギー強度に基づいて、すなわち蛍光X線のスペクトルに基づいて上記の推定が実行される。 This phenomenon can be applied to the estimation of the type and amount of substances such as metals contained in an object. For this estimation, the object is irradiated with X-rays, and fluorescent X-rays emitted from the object are observed. The above estimation is performed on the basis of the energy intensity for each wavelength of light included in fluorescent X-rays, that is, on the basis of the spectrum of fluorescent X-rays.
微弱な蛍光X線を効率的に検出するシリコンドリフト検出器(SDD)が開示されている。図15は、SDDである検出器1010の構成を示す。図15において、検出器1010の断面が示されている。図15に示すように検出器1010は、半導体基板1100、絶縁層1130、アノード電極1140、カソード電極1150、および複数のゲート電極1160を有する。図15において、複数のゲート電極1160のうち代表として2つのゲート電極1160の符号が示されている。半導体基板1100および絶縁層1130は、半導体基板1100の面1100aに垂直な方向Dr10に積層されている。
A silicon drift detector (SDD) is disclosed that efficiently detects weak fluorescent x-rays. FIG. 15 shows the configuration of a
半導体基板1100は、第1の半導体層1110、第2の半導体層1120、第1の不純物層1111、および複数の第2の不純物層1112を有する。図15において、複数の第2の不純物層1112のうち代表として1つの第2の不純物層1112の符号が示されている。
The
第1の半導体層1110および第2の半導体層1120は、半導体基板1100の面1100aに垂直な方向Dr10に積層されている。半導体基板1100は、面1100aおよび面1100bを有する。面1100aおよび面1100bは、互いに反対方向を向く。
The
第1の半導体層1110は、N型半導体を含む。第2の半導体層1120は、P型半導体を含む。第2の半導体層1120は、面1100bから所定の深さまでの層として構成されている。
The
第1の不純物層1111および複数の第2の不純物層1112は、第1の半導体層1110に配置されている。第1の不純物層1111は、N型半導体を含む。例えば、第1の不純物層1111は、第1の半導体層1110を構成する半導体材料とは不純物濃度が異なる半導体材料で構成されている。第2の不純物層1112は、P型半導体を含む。第1の不純物層1111および複数の第2の不純物層1112の各々の表面は、面1100aを構成する。第1の不純物層1111および複数の第2の不純物層1112の各々は、面1100aから所定の深さまでの層として構成されている。
The
絶縁層1130は、第1の半導体層1110に積層されている。アノード電極1140、カソード電極1150、および複数のゲート電極1160は、絶縁層1130の表面に配置されている。これらの電極は、互いに異なる位置に配置されている。アノード電極1140は、第1の不純物層1111と対応する位置に配置されている。カソード電極1150および複数のゲート電極1160は、第2の不純物層1112と対応する位置に配置されている。
The
絶縁層1130において、第1の不純物層1111および複数の第2の不純物層1112の各々に対応する位置に開口部が形成されている。アノード電極1140は、絶縁層1130に形成された開口部を通って第1の不純物層1111に接続されている。カソード電極1150は、絶縁層1130に形成された開口部を通って第2の不純物層1112に接続されている。ゲート電極1160は、絶縁層1130に形成された開口部を通って第2の不純物層1112に接続されている。つまり、アノード電極1140、カソード電極1150、および複数のゲート電極1160は、絶縁層1130を貫通する。ゲート電極1160および第2の不純物層1112は、FET(Field Effect Transistor)を構成する。
In the
図16は、検出器1010の平面図である。図16において、半導体基板1100の面1100aに垂直な方向に検出器1010を見たときの各要素が示されている。つまり、図16において、半導体基板1100の正面から検出器1010を見たときの各要素が示されている。図16において、複数のゲート電極1160のうち代表として1つのゲート電極1160の符号が示されている。図16に示す線L10を通る断面が図15に示されている。
FIG. 16 is a plan view of the
アノード電極1140は、半導体基板1100の面1100aの中心に配置されている。アノード電極1140は、円形の電極である。カソード電極1150および複数のゲート電極1160は、リング状の電極である。カソード電極1150および複数のゲート電極1160は、同心円状に配置されている。カソード電極1150および複数のゲート電極1160は、アノード電極1140を囲むように配置されている。カソード電極1150は、最も外側に配置されている。複数のゲート電極1160は、アノード電極1140およびカソード電極1150の間に配置されている。
The
電圧がアノード電極1140、カソード電極1150、および複数のゲート電極1160に印加される。アノード電極1140に印加される電圧は、カソード電極1150に印加される電圧よりも高い。アノード電極1140に印加される電圧は、複数のゲート電極1160に印加されるどの電圧よりも高い。負電圧がカソード電極1150および複数のゲート電極1160に印加される。複数のゲート電極1160に印加される電圧は、カソード電極1150に印加される電圧よりも高い。より内側のゲート電極1160に印加される電圧は、より外側のゲート電極1160に印加される電圧よりも高い。半導体基板1100の内部の電位が半導体基板1100の外周から中心に向かって高くなるように、電圧がアノード電極1140、カソード電極1150、および複数のゲート電極1160に印加される。
A voltage is applied to the
電極が半導体基板1100の面1100bに配置されている。つまり、電極が第2の半導体層1120上に配置されている。アノード電極1140に印加される電圧よりも低い電圧がその電極に印加される。これにより、電圧が第2の半導体層1120に印加される。第2の半導体層1120は、カソード電極として機能する。半導体基板1100の内部の電位が面1100bから面1100aに向かって高くなるように、電圧が第2の半導体層1120に印加される。
The electrodes are disposed on the
上記のような電圧が検出器1010に印加される。半導体基板1100内の電位は、半導体基板1100の外周から中心に向かって高くなり、かつ面1100bから面1100aに向かって高くなる。つまり、電位勾配が半導体基板1100に発生する。電子に作用するポテンシャルは、半導体基板1100の外周から中心に向かって低くなり、かつ面1100bから面1100aに向かって低くなる。つまり、ポテンシャル勾配が半導体基板1100に発生する。X線が検出器1010に入射した場合、半導体基板1100において電子が発生する。その電子は、ポテンシャル勾配に従ってアノード電極1140に集まる。その電子に基づく信号が検出器1010から出力される。
A voltage as described above is applied to
図17は、特許文献1に開示されたSDDと同様に構成された検出器1011の構成を示す。図17において、検出器1011の断面が示されている。図17に示すように検出器1011は、半導体基板1101を有する。図17に示す構成について、図15に示す構成と異なる点を説明する。
FIG. 17 shows the configuration of a
図17に示すように、検出器1011において、図15に示す半導体基板1100は半導体基板1101に変更される。半導体基板1101は、面1101aおよび面1101bを有する。面1101aおよび面1101bは、互いに反対方向を向く。半導体基板1101において、図15に示す第1の半導体層1110は第1の半導体層1113に変更される。第1の半導体層1113において、図15に示す複数の第2の不純物層1112は複数の第2の不純物層1114に変更される。図17において、複数の第2の不純物層1114のうち代表として1つの第2の不純物層1114の符号が示されている。複数の第2の不純物層1114は、P型半導体を含む。
As shown in FIG. 17, in the
図17において、5つの第2の不純物層1114が示されている。面1101aと平行な方向における複数の第2の不純物層1114の幅は互いに異なる。より外側の第2の不純物層1114の幅は、より内側の第2の不純物層1114の幅よりも大きい。電圧V11から電圧V15が第2の不純物層1114にそれぞれ印加される。より内側の第2の不純物層1114に印加される電圧は、より外側の第2の不純物層1114に印加される電圧よりも高い。複数の第2の不純物層1114の幅が互いに異なるため、ポテンシャル勾配を制御することができる。
In FIG. 17, five
図15に示す絶縁層1130、アノード電極1140、カソード電極1150、および複数のゲート電極1160は省略されている。電圧V10が第1の不純物層1111に印加される。電圧V10は、電圧V11から電圧V15のいずれよりも高い。
The insulating
上記以外の点について、図17に示す構成は、図15に示す構成と同様である。 Except for the points described above, the configuration shown in FIG. 17 is the same as the configuration shown in FIG.
図18は、特許文献1に開示された他のSDDと同様に構成された検出器1012の構成を示す。図18において、検出器1012の断面が示されている。図18に示すように検出器1012は、半導体基板1102、絶縁層1131、および複数の電極1170を有する。図18において、複数の電極1170のうち代表として1つの電極1170の符号が示されている。図18に示す構成について、図17に示す構成と異なる点を説明する。
FIG. 18 shows the configuration of a
図18に示すように、検出器1012において、図17に示す半導体基板1101は半導体基板1102に変更される。半導体基板1102は、面1102aおよび面1102bを有する。面1102aおよび面1102bは、互いに反対方向を向く。半導体基板1102において、図17に示す第1の半導体層1113は第1の半導体層1115に変更される。第1の半導体層1115において、図17に示す複数の第2の不純物層1114のうち最も外側の第2の不純物層1114が配置されている。それ以外の第2の不純物層1114は配置されていない。
As shown in FIG. 18, in the
第1の半導体層1115において、第1の不純物層1111と第2の不純物層1114との間の領域は、絶縁層1131によって覆われている。複数の電極1170が絶縁層1131上に配置されている。図18において、4つの電極1170が示されている。面1102aと平行な方向における複数の電極1170の幅は互いに異なる。より外側の電極1170の幅は、より内側の電極1170の幅よりも大きい。電圧V11から電圧V14が電極1170にそれぞれ印加される。より内側の電極1170に印加される電圧は、より外側の電極1170に印加される電圧よりも高い。
In the
上記以外の点について、図18に示す構成は、図17に示す構成と同様である。 Except for the points described above, the configuration shown in FIG. 18 is the same as the configuration shown in FIG.
図15に示す検出器1010において、アノード電極1140およびカソード電極1150に印加される電圧に加えて、複数のゲート電極1160に印加される複数の電圧が必要である。図17に示す検出器1011において、第1の不純物層1111および最も外側の第2の不純物層1114に印加される電圧V10および電圧V15に加えて、複数の第2の不純物層1114に印加される電圧V11から電圧V14が必要である。図18に示す検出器1012において、第1の不純物層1111および第2の不純物層1114に印加される電圧V10および電圧V15に加えて、複数の電極1170に印加される電圧V11から電圧V14が必要である。
In the
上記のように、複数の電圧が半導体装置に印加される必要がある。そのため、半導体装置の内部または外部において、複数の電圧を制御するための要素が必要である。 As described above, multiple voltages need to be applied to the semiconductor device. Therefore, an element for controlling a plurality of voltages is required inside or outside the semiconductor device.
本発明は、必要な電圧の数を減らすことができる半導体装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing the number of required voltages.
本発明の第1の態様によれば、半導体装置は、半導体基板、第1の電極、第2の電極、導電層、絶縁層、および第3の電極を有する。前記半導体基板は、互いに反対方向を向く第1の主面および第2の主面を有する。前記第1の電極および前記第2の電極は、前記第1の主面に配置されている。前記導電層は、前記第2の主面に配置され、または前記第2の主面を含むように前記半導体基板内に配置されている。前記絶縁層は、前記第1の主面に配置されている。前記第3の電極は、前記第1の電極および前記第2の電極の間において前記絶縁層を介して前記第1の主面に配置されている。前記第3の電極は、前記第3の電極において前記第1の電極に最も近い第1の領域と、前記第3の電極において前記第2の電極に最も近い第2の領域とを有する。前記第1の電極に印加される第1の電圧が前記第2の電極に印加される第2の電圧よりも高い場合、前記第1の領域に印加される第3の電圧は前記第2の領域に印加される第4の電圧よりも高い。前記第1の電極に印加される第1の電圧が前記第2の電極に印加される第2の電圧よりも低い場合、前記第1の領域に印加される第3の電圧は前記第2の領域に印加される第4の電圧よりも低い。前記第1の領域および前記第2の領域は互いに電気的に接続されている。 According to a first aspect of the present invention, a semiconductor device includes a semiconductor substrate, a first electrode, a second electrode, a conductive layer, an insulating layer, and a third electrode. The semiconductor substrate has a first main surface and a second main surface facing in opposite directions. The first electrode and the second electrode are disposed on the first main surface. The conductive layer is disposed on the second main surface or disposed in the semiconductor substrate so as to include the second main surface. The insulating layer is disposed on the first main surface. The third electrode is disposed on the first main surface between the first electrode and the second electrode via the insulating layer. The third electrode has a first region closest to the first electrode in the third electrode, and a second region closest to the second electrode in the third electrode. When the first voltage applied to the first electrode is higher than the second voltage applied to the second electrode, a third voltage applied to the first region is the second voltage. It is higher than the fourth voltage applied to the region. When the first voltage applied to the first electrode is lower than the second voltage applied to the second electrode, a third voltage applied to the first region is the second voltage. Lower than the fourth voltage applied to the region. The first region and the second region are electrically connected to each other.
本発明の第2の態様によれば、第1の態様において、前記第3の電極は、前記第1の領域および前記第2の領域を接続する連続構造で構成されてもよい。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the third electrode may be configured in a continuous structure connecting the first region and the second region.
本発明の第3の態様によれば、第2の態様において、前記第2の電極は前記第1の電極の周囲に配置されてもよい。少なくとも4つの帯状の前記第3の電極が、前記第1の電極から前記第2の電極に向かう方向と平行に配置されてもよい。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the second electrode may be disposed around the first electrode. At least four strips of the third electrode may be arranged in parallel with the direction from the first electrode to the second electrode.
本発明の第4の態様によれば、第3の態様において、前記第1の領域における前記第3の電極の幅は、前記第2の領域における前記第3の電極の幅よりも大きくてもよい。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the width of the third electrode in the first region is larger than the width of the third electrode in the second region. Good.
本発明の第5の態様によれば、第2の態様において、前記第2の電極および前記第3の電極は前記第1の電極の周囲に配置されてもよい。前記第3の電極は、前記第1の電極および前記第2の電極を通る仮想直線と複数の位置で交わるように配置されてもよい。 According to a fifth aspect of the present invention, in the second aspect, the second electrode and the third electrode may be disposed around the first electrode. The third electrode may be arranged to intersect at a plurality of positions with an imaginary straight line passing through the first electrode and the second electrode.
本発明の第6の態様によれば、第5の態様において、前記第3の電極は、螺旋状に配置されてもよい。 According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect, the third electrode may be arranged in a spiral.
本発明の第7の態様によれば、第6の態様において、前記第1の領域における前記第3の電極の幅は、前記第2の領域における前記第3の電極の幅よりも小さくてもよい。 According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, the width of the third electrode in the first region is smaller than the width of the third electrode in the second region. Good.
本発明の第8の態様によれば、第1の態様において、前記第3の電極は、複数の部分電極を有してもよい。前記複数の部分電極に含まれる各々の部分電極は、前記第1の主面に垂直な方向における位置が異なる第1の層および第2の層を含んでもよい。前記第1の主面に平行な方向に隣接する2つの前記部分電極において、一方の前記部分電極の前記第1の層と他方の前記部分電極の前記第2の層との間に前記絶縁層が配置されてもよい。前記一方の前記部分電極の前記第1の層と前記他方の前記部分電極の前記第2の層とは、容量を構成してもよい。 According to an eighth aspect of the present invention, in the first aspect, the third electrode may have a plurality of partial electrodes. Each partial electrode included in the plurality of partial electrodes may include a first layer and a second layer different in position in a direction perpendicular to the first major surface. In the two partial electrodes adjacent in a direction parallel to the first main surface, the insulating layer between the first layer of one of the partial electrodes and the second layer of the other partial electrode May be arranged. The first layer of the one partial electrode and the second layer of the other partial electrode may constitute a capacitance.
本発明の第9の態様によれば、第8の態様において、第3の領域は第4の領域よりも大きくてもよい。前記第3の領域は、前記第1の電極に最も近い位置に配置された前記容量を構成する前記第1の層および前記第2の層が前記絶縁層を介して重なる領域であってもよい。前記第4の領域は、前記第2の電極に最も近い位置に配置された前記容量を構成する前記第1の層および前記第2の層が前記絶縁層を介して重なる領域であってもよい。 According to a ninth aspect of the present invention, in the eighth aspect, the third region may be larger than the fourth region. The third region may be a region where the first layer and the second layer constituting the capacitor disposed at a position closest to the first electrode overlap with each other through the insulating layer. . The fourth region may be a region where the first layer and the second layer constituting the capacitor disposed at a position closest to the second electrode overlap with each other via the insulating layer. .
上記の各態様によれば、半導体装置は、必要な電圧の数を減らすことができる。 According to each of the above aspects, the semiconductor device can reduce the number of required voltages.
図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態の半導体装置10の構成を示す。図1において、半導体装置10の断面が示されている。半導体装置10は、放射線すなわち蛍光X線を検出するシリコンドリフト検出器(SDD)として構成されている。
First Embodiment
FIG. 1 shows the configuration of a
半導体装置10を構成する部分の寸法は、図1に示される寸法に従うとは限らない。半導体装置10を構成する部分の寸法は任意であってよい。他の断面図における寸法についても同様である。
The dimensions of the parts constituting the
半導体装置10の概略構成について説明する。半導体装置10は、半導体基板100、第1の電極140、第2の電極150、第2の半導体層120(導電層)、絶縁層130、および第3の電極160を有する。半導体基板100は、互いに反対方向を向く面110a(第1の主面)および面120b(第2の主面)を有する。第1の電極140および第2の電極150は、面110aに配置されている。第2の半導体層120は、面120bを含むように半導体基板100内に配置され、かつ導電性を有する。絶縁層130は、面110aに配置されている。第3の電極160は、第1の電極140および第2の電極150の間において絶縁層130を介して面110aに配置されている。第3の電極160は、第3の電極160において第1の電極140に最も近い第1の領域S1と、第3の電極160において第2の電極150に最も近い第2の領域S2とを有する。第1の電極140に印加される第1の電圧が第2の電極150に印加される第2の電圧よりも高い場合、第1の領域S1に印加される第3の電圧V1は第2の領域S2に印加される第4の電圧V2よりも高い。第1の電極140に印加される第1の電圧が第2の電極150に印加される第2の電圧よりも低い場合、第1の領域S1に印加される第3の電圧V1は第2の領域S2に印加される第4の電圧V2よりも低い。第1の領域S1および第2の領域S2は互いに電気的に接続されている。
The schematic configuration of the
半導体装置10の詳細な構成について説明する。図1に示すように半導体装置10は、半導体基板100、絶縁層130、第1の電極140、第2の電極150、および第3の電極160を有する。半導体基板100、絶縁層130、および第3の電極160は、半導体基板100の面110aに垂直な方向Dr1に積層されている。
The detailed configuration of the
半導体基板100は、第1の半導体層110、第2の半導体層120、第1の不純物層111、および第2の不純物層112を有する。例えば、半導体基板100を構成する半導体材料は、シリコン(Si)である。
The
第1の半導体層110は、N型半導体を含む。第1の半導体層110は、面110aおよび面110bを有する。面110aおよび面110bは、互いに反対方向を向く。面110aおよび面110bは、第1の半導体層110の主面を構成する。第1の半導体層110の主面は、第1の半導体層110の表面を構成する複数の面のうち相対的に広い面である。面110aは、半導体基板100の主面を構成する。半導体基板100の主面は、半導体基板100の表面を構成する複数の面のうち相対的に広い面である。
The
第1の不純物層111および第2の不純物層112は、第1の半導体層110に配置されている。第1の不純物層111は、N型半導体を含む。例えば、第1の不純物層111は、第1の半導体層110を構成する半導体材料とは不純物濃度が異なる半導体材料で構成されている。第2の不純物層112は、P型半導体を含む。第1の不純物層111および第2の不純物層112の各々の表面は、面110aを構成する。第1の不純物層111および第2の不純物層112の各々は、面110aから所定の深さまでの層として構成されている。
The
第2の半導体層120は、N型半導体を含む。第2の半導体層120は、第1の半導体層110に積層されている。第2の半導体層120は、第1の半導体層110の面110bと接触している。第2の半導体層120は、面120aおよび面120bを有する。面120aおよび面120bは、互いに反対方向を向く。面120aおよび面120bは、第2の半導体層120の主面を構成する。第2の半導体層120の主面は、第2の半導体層120の表面を構成する複数の面のうち相対的に広い面である。面120aは、面110bと接触している。面120bは、半導体基板100の主面を構成する。第2の半導体層120は、面110bの少なくとも一部を覆っている。図1に示す例では、第2の半導体層120は、面110bの全体を覆っている。面120bの外周部において、第2の電極150と同様の構造を有する電極が配置されている。所定の電圧がその電極に印加される。第2の半導体層120の一部に開口部が形成されてもよい。
The
絶縁層130は、絶縁材料で構成されている。例えば、絶縁層130を構成する絶縁材料は、二酸化珪素(SiO2)である。絶縁層130は、第1の半導体層110に積層されている。絶縁層130は、第1の半導体層110の面110aと接触している。絶縁層130は、面130aおよび面130bを有する。面130aおよび面130bは、互いに反対方向を向く。面130aおよび面130bは、絶縁層130の主面を構成する。絶縁層130の主面は、絶縁層130の表面を構成する複数の面のうち相対的に広い面である。面130bは、面110aと接触している。絶縁層130は、面110aの少なくとも一部を覆っている。
The insulating
第1の電極140および第2の電極150は、導電材料で構成されている。例えば、第1の電極140および第2の電極150を構成する導電材料は、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、および金(Au)などの金属である。第1の電極140および第2の電極150を構成する導電材料は、不純物濃度が高いポリシリコンなどの半導体を含んでもよい。第1の電極140および第2の電極150が、互いに異なる導電材料で構成されてもよい。
The
第3の電極160は、導電性を有する高抵抗材料で構成されている。例えば、第3の電極160を構成する高抵抗材料は、高抵抗ポリシリコンおよび高抵抗アモルファスシリコンなどである。第3の電極160を構成する高抵抗材料は、電流が流れにくい材料でありさえすればよい。第3の電極160は、幅が細い金属で構成されてもよい。第3の電極160を構成する高抵抗材料は、絶縁材料を除く。複数の第3の電極160が配置されている。
The
第1の電極140、第2の電極150、および第3の電極160は、絶縁層130の面130aに配置されている。これらの電極は、互いに異なる位置に配置されている。第1の電極140は、第1の不純物層111と対応する位置に配置されている。第2の電極150は、第2の不純物層112と対応する位置に配置されている。図1に示す例では、第3の電極160と対応する位置に不純物層は配置されていない。
The
絶縁層130において、第1の不純物層111および第2の不純物層112の各々に対応する位置に開口部が形成されている。第1の電極140は、絶縁層130に形成された開口部を通って第1の不純物層111に接続されている。第2の電極150は、絶縁層130に形成された開口部を通って第2の不純物層112に接続されている。つまり、第1の電極140および第2の電極150は、絶縁層130を貫通する。
In the insulating
第3の電極160は、絶縁層130上に配置されている。第3の電極160の一部が絶縁層130の内部に配置されてもよい。第3の電極160は、面110aから所定の距離だけ離れている。第3の電極160は、第1の電極140および第2の電極150と接触しないように配置されている。つまり、第3の電極160は、第1の電極140および第2の電極150から絶縁されている。
The
第1の領域S1は、第3の電極160において第1の電極140に最も近い端部を含む。第2の領域S2は、第3の電極160において第2の電極150に最も近い端部を含む。電圧V1を第3の電極160に印加するための端子が第1の領域S1に配置される。電圧V2を第3の電極160に印加するための端子が第2の領域S2に配置される。
The
第3の電極160は、第1の領域S1および第2の領域S2を接続する連続構造で構成されている。言い換えると、第3の電極160は、第1の領域S1および第2の領域S2の間で途切れない単体で構成されている。1つの第3の電極160において、第1の領域S1および第2の領域S2の間でギャップはない。1つの第3の電極160において、第1の領域S1および第2の領域S2の間で第3の電極160のみを通る電流経路が存在する。
The
図2は、半導体装置10の平面図である。図2において、第1の半導体層110の面110aに垂直な方向に半導体装置10を見たときの各要素が示されている。つまり、図2において、半導体基板100の正面から半導体装置10を見たときの各要素が示されている。図2において、複数の第3の電極160のうち代表として1つの第3の電極160の符号が示されている。図2に示す線A1-A1を通る断面が図1に示されている。
FIG. 2 is a plan view of the
半導体装置10の形状は矩形である。図2に示す例では、半導体装置10の形状は正方形である。半導体装置10の形状は、矩形に限らない。第1の電極140は、面110aの中心に配置されている。第1の電極140は、円形の電極である。第1の電極140の形状は、矩形等であってもよい。
The shape of the
第2の電極150は、リング状の電極である。第2の電極150の形状は、穴が開いた矩形等であってもよい。第2の電極150は、第1の電極140および複数の第3の電極160を囲むように配置されている。つまり、第2の電極150は、第1の電極140および複数の第3の電極160の周囲に配置されている。少なくとも1つの第2の電極150が配置されてさえいればよい。複数の第2の電極150が第1の電極140および複数の第3の電極160の周囲に配置されてもよい。
The
複数の第3の電極160は、第1の電極140および第2の電極150の間に配置されている。少なくとも4つの帯状の第3の電極160が、第1の電極140から第2の電極150に向かう方向と平行に配置されている。第1の電極140から第2の電極150に向かう方向は、第1の電極140を中心とする円の半径方向である。第3の電極160は、第1の電極140から第2の電極150に向かう方向に細長い。図2において、8つの第3の電極160が配置されている。8つの第3の電極160は、第1の電極140を中心に放射状に配置されている。
The plurality of
第1の領域S1における第3の電極160の幅は、第2の領域S2における第3の電極160の幅と同一である。第3の電極160の幅は、第1の電極140から第2の電極150に向かう方向に垂直な方向における幅である。第3の電極160の幅は、第3の電極160上の位置によらず一定である。複数の第3の電極160は、互いに接触しないように配置されている。少なくとも2つの第3の電極160が互いに接触してもよい。
The width of the
第1の距離D1は、第2の距離D2よりも小さい。第1の距離D1は、第1の電極140および第1の領域S1の距離である。第2の距離D2は、第1の電極140および第2の電極150の中間の位置から第1の領域S1までの距離である。第3の距離D3は、第4の距離D4よりも小さい。第3の距離D3は、第2の電極150および第2の領域S2の距離である。第4の距離D4は、第1の電極140および第2の電極150の中間の位置から第2の領域S2までの距離である。
The first distance D1 is smaller than the second distance D2. The first distance D1 is the distance between the
電圧が第1の電極140、第2の電極150、および複数の第3の電極160に印加される。第1の電極140に印加される電圧は、第2の電極150に印加される電圧よりも高い。第1の電極140はアノード電極として機能し、かつ第2の電極150はカソード電極として機能する。第1の電極140に印加される電圧は、第3の電極160の第1の領域S1に印加される電圧よりも高い。負電圧が第2の電極150および複数の第3の電極160に印加される。
A voltage is applied to the
第1の領域S1に印加される電圧は、第2の領域S2に印加される電圧よりも高い。第2の領域S2に印加される電圧は、第2の電極150に印加される電圧よりも高い。第3の電極160において、電圧は第1の領域S1および第2の領域S2の間で連続的に変化する。第3の電極160において、第1の電極140により近い部分の電圧は、第2の電極150により近い部分の電圧よりも高い。半導体基板100の内部の電位が半導体基板100の外周から中心に向かって高くなるように、電圧が第1の電極140、第2の電極150、および複数の第3の電極160に印加される。
The voltage applied to the first region S1 is higher than the voltage applied to the second region S2. The voltage applied to the second region S2 is higher than the voltage applied to the
電圧を第2の半導体層120に印加するための電極が半導体基板100の面120bに配置される。つまり、電極が第2の半導体層120上に配置される。第1の電極140に印加される電圧よりも低い電圧がその電極に印加される。これにより、電圧が第2の半導体層120に印加される。第2の半導体層120は、カソード電極として機能する。半導体基板100の内部の電位が面110bから面110aに向かって高くなるように、電圧が第2の半導体層120に印加される。
An electrode for applying a voltage to the
上記のような電圧が半導体装置10に印加される。電子に作用するポテンシャルは、半導体基板100の外周から中心に向かって低くなり、かつ面110bから面110aに向かって低くなる。つまり、ポテンシャル勾配が半導体基板100に発生する。X線が半導体装置10に入射した場合、半導体基板100において電子が発生する。その電子は、ポテンシャル勾配に従って第1の電極140に集まる。その電子に基づく信号が半導体装置10から出力される。
The voltage as described above is applied to the
第1の半導体層110および第1の不純物層111がP型半導体で構成され、かつ第2の半導体層120および第2の不純物層112がN型半導体で構成されてもよい。その場合に各電極に印加される電圧について説明する。第1の電極140に印加される電圧は、第2の電極150に印加される電圧よりも低い。第1の電極140はカソード電極として機能し、かつ第2の電極150はアノード電極として機能する。第1の電極140に印加される電圧は、第3の電極160に印加される電圧よりも低い。正電圧が第2の電極150および第3の電極160に印加される。
The
第1の領域S1に印加される電圧は、第2の領域S2に印加される電圧よりも低い。第2の領域S2に印加される電圧は、第2の電極150に印加される電圧よりも低い。第3の電極160において、電圧は第1の領域S1および第2の領域S2の間で連続的に変化する。第3の電極160において、第1の電極140により近い部分の電圧は、第2の電極150により近い部分の電圧よりも低い。半導体基板100の内部の電位が半導体基板100の外周から中心に向かって低くなるように、電圧が第1の電極140、第2の電極150、および複数の第3の電極160に印加される。
The voltage applied to the first region S1 is lower than the voltage applied to the second region S2. The voltage applied to the second region S2 is lower than the voltage applied to the
第1の電極140に印加される電圧よりも高い電圧が第2の半導体層120上の電極に印加される。これにより、電圧が第2の半導体層120に印加される。半導体基板100の内部の電位が面110bから面110aに向かって低くなるように、電圧が第2の半導体層120に印加される。
A voltage higher than the voltage applied to the
第1の不純物層111および第2の不純物層112は、本発明の各態様の半導体装置において必須ではない。
The
上記のように、第3の電極160は、電気的に接続された第1の領域S1および第2の領域S2を有する。第3の電極160に印加する必要がある電圧の数は2つである。そのため、半導体装置10は、必要な電圧の数を減らすことができる。
As described above, the
(第1の実施形態の変形例)
図3は、本発明の第1の実施形態の変形例の半導体装置11の平面図である。図3において、第1の半導体層110の面110aに垂直な方向に半導体装置11を見たときの各要素が示されている。つまり、図3において、半導体基板100の正面から半導体装置11を見たときの各要素が示されている。図3に示す構成について、図2に示す構成と異なる点を説明する。
(Modification of the first embodiment)
FIG. 3 is a plan view of a
図2に示す複数の第3の電極160に代えて複数の第3の電極161が配置されている。図3において、複数の第3の電極161のうち代表として1つの第3の電極161の符号が示されている。第1の領域S1における第3の電極161の幅は、第2の領域S2における第3の電極161の幅よりも大きい。第3の電極161の幅は、第1の電極140から第2の電極150に向かう方向に垂直な方向における幅である。第3の電極161は、第1の領域S1が第2の領域S2よりも太くなるように構成されている。第1の領域S1から第2の領域S2に向かって、第3の電極161の幅は徐々に小さくなる。
A plurality of
上記以外の点について、図3に示す構成は、図2に示す構成と同様である。 Except for the points described above, the configuration shown in FIG. 3 is the same as the configuration shown in FIG.
図1に示す半導体装置10において、第3の電極160の幅は、第3の電極160上の位置によらず一定である。そのため、単位長さ当たりの第3の電極160の抵抗値は一定である。これにより、半導体装置10の面110aにおいて、勾配が一定であるポテンシャルが発生する。
In the
図4は、図1に示す半導体装置10の面110aにおけるポテンシャル分布Pt1を示す。横軸は第1の電極140からの距離rを示し、かつ縦軸はポテンシャルの大きさを示す。図4に示すように、第1の電極140側のポテンシャルは低く、かつ第2の電極150側のポテンシャルは高い。ポテンシャルの勾配は一定である。
FIG. 4 shows a potential distribution Pt1 on the
図4に示すポテンシャル分布Pt1が発生する半導体装置10において、第2の電極150に近い領域で発生した電子は第1の電極140に向かって移動する。移動距離が長いため、その電子が第1の電極140に到達する前にその電子が正孔と再結合する可能性がある。
In the
図3に示す半導体装置11において、第1の領域S1から第2の領域S2に向かって、第3の電極161の幅は徐々に小さくなる。そのため、第1の領域S1から第2の領域S2に向かって、単位長さ当たりの第3の電極160の抵抗値は徐々に大きくなる。これにより、半導体装置10の面110aにおいて、第1の電極140からの距離に応じて勾配が異なるポテンシャルが発生する。
In the
図5は、図3に示す半導体装置11の面110aにおけるポテンシャル分布Pt2を示す。横軸は第1の電極140からの距離rを示し、かつ縦軸はポテンシャルの大きさを示す。図5に示すように、第2の電極150に近い位置におけるポテンシャルの勾配は、第1の電極140に近い位置におけるポテンシャルの勾配よりも大きい。第2の電極150に近い位置において、図5に示すポテンシャルの勾配は、図4に示すポテンシャルの勾配よりも大きい。第1の電極140に近い位置において、図5に示すポテンシャルの勾配は、図4に示すポテンシャルの勾配よりも小さい。
FIG. 5 shows a potential distribution Pt2 on the
図5に示すポテンシャル分布Pt2が発生する半導体装置11において、第2の電極150に近い領域で発生した電子は第1の電極140に向かって移動する。第2の電極150に近い位置におけるポテンシャルの勾配が大きいため、電子が得る加速度はより大きい。これにより、その電子は、より短時間に第1の電極140に到達する。そのため、その電子が第1の電極140に到達する前にその電子が正孔と再結合する可能性が減る。
In the
第1の電極140および第2の電極150の中間付近から第1の電極140までの位置におけるポテンシャルの勾配は小さい。そのため、第1の電極140および第2の電極150の中間付近で発生した電子が得る加速度は小さい。そのため、その電子が第1の電極140に到達する前にその電子が正孔と再結合する可能性がある。第1の電極140および第2の電極150の距離、および各電極に印加される電圧などの関係に依存して、図4に示すポテンシャル分布Pt1が好ましい場合、または図5に示すポテンシャル分布Pt2が好ましい場合がある。
The gradient of the potential at a position from near the middle of the
第1の領域S1における第3の電極161の幅は、第2の領域S2における第3の電極161の幅よりも小さくてもよい。つまり、第1の領域S1から第2の領域S2に向かって、第3の電極161の幅が徐々に大きくなってもよい。言い換えると、第3の電極161は、第1の領域S1が第2の領域S2よりも細くなるように構成されてもよい。
The width of the
上記のように、第1の領域S1および第2の領域S2における第3の電極161の幅が異なる。これにより、半導体装置11におけるポテンシャル勾配を変化させることができる。
As described above, the widths of the
(第2の実施形態)
図6は、本発明の第2の実施形態の半導体装置12の構成を示す。図6において、半導体装置12の断面が示されている。図6に示す構成について、図1に示す構成と異なる点を説明する。
Second Embodiment
FIG. 6 shows the configuration of the
図1に示す第3の電極160に代えて第3の電極162が配置されている。第3の電極162は、第1の電極140および第2の電極150を通る仮想直線L1と複数の位置で交わるように配置されている。仮想直線L1は、第1の電極140、第2の電極150、および第3の電極162を通る任意の直線である。仮想直線L1における第3の電極160の各位置の間隔D5は同一である。
A
上記以外の点について、図6に示す構成は、図1に示す構成と同様である。 Except for the points described above, the configuration shown in FIG. 6 is the same as the configuration shown in FIG.
図7は、半導体装置12の平面図である。図7において、第1の半導体層110の面110aに垂直な方向に半導体装置12を見たときの各要素が示されている。つまり、図7において、半導体基板100の正面から半導体装置12を見たときの各要素が示されている。図7に示す線A2-A2を通る断面が図6に示されている。図7に示す構成について、図2に示す構成と異なる点を説明する。
FIG. 7 is a plan view of the
複数の第3の電極160に代えて、1つの第3の電極162が配置されている。第2の電極150および第3の電極162は、第1の電極140を囲むように配置されている。つまり、第2の電極150および第3の電極162は、第1の電極140の周囲に配置されている。第3の電極162は、螺旋状に配置されている。第3の電極162において第1の領域S1から第2の領域S2までの任意の経路は、第1の電極140の周囲を1回以上回る。図7に示す例では、第3の電極162は、曲線状に配置されている。
In place of the plurality of
第1の領域S1における第3の電極162の幅は、第2の領域S2における第3の電極162の幅よりも小さい。第3の電極162の幅は、第1の電極140から第2の電極150に向かう方向における幅である。第3の電極162は、第1の領域S1が第2の領域S2よりも細くなるように構成されている。第1の領域S1から第2の領域S2に向かって、第3の電極162の幅は徐々に大きくなる。例えば、1周毎の第3の電極162の抵抗値が一定となるように第3の電極162の幅が設計される。言い換えると、1周当たりの電圧降下が一定となるように第3の電極162の幅が設計される。
The width of the
上記以外の点について、図7に示す構成は、図2に示す構成と同様である。 Except for the points described above, the configuration shown in FIG. 7 is the same as the configuration shown in FIG.
第1の領域S1における第3の電極162の幅が、第2の領域S2における第3の電極162の幅と同一であってもよい。あるいは、第1の領域S1における第3の電極162の幅が、第2の領域S2における第3の電極162の幅よりも大きくてもよい。つまり、第1の領域S1から第2の領域S2に向かって、第3の電極162の幅が徐々に小さくなってもよい。
The width of the
第3の電極162の幅が第3の電極162上の位置によらず一定となるように半導体装置12が構成されたと仮定する。第3の電極162の幅が一定であるため、所定の長さ当たりの第3の電極162の抵抗値は一定である。第1の電極140に近い位置における第3の電極162の1周の長さは、第2の電極150に近い位置における第3の電極162の1周の長さよりも短い。そのため、第1の電極140に近い位置における1周当たりの電圧降下は、第2の電極150に近い位置における1周当たりの電圧降下よりも小さい。その結果、第1の電極140からの距離に応じたポテンシャル分布において、第2の電極150に近い位置におけるポテンシャルの勾配は、第1の電極140に近い位置におけるポテンシャルの勾配よりも大きい。つまり、半導体装置12の面110aにおけるポテンシャル分布は、図5に示すポテンシャル分布Pt2に似ている。
It is assumed that the
図7に示す半導体装置12において、1周毎の第3の電極162の抵抗値が一定であるため、1周当たりの電圧降下が一定である。そのため、半導体装置12の面110aにおけるポテンシャル分布は、図4に示すポテンシャル分布Pt1に似ている。第1の電極140および第2の電極150の距離、および各電極に印加される電圧などの関係に依存して、図4に示すポテンシャル分布Pt1のようなポテンシャル分布が好ましい場合、または図5に示すポテンシャル分布Pt2のようなポテンシャル分布が好ましい場合がある。
In the
第1の領域S1における第3の電極162の幅は、第2の領域S2における第3の電極162の幅よりも大きくてもよい。つまり、第1の領域S1から第2の領域S2に向かって、第3の電極162の幅が徐々に小さくなってもよい。言い換えると、第3の電極162は、第1の領域S1が第2の領域S2よりも太くなるように構成されてもよい。
The width of the
第3の電極162の幅が一定であり、かつ第1の電極140に近い領域では第3の電極162の間隔が狭く、かつ第2の電極150に近い領域では第3の電極162の間隔が広くてもよい。この条件では、半導体装置12の面110aにおけるポテンシャル分布は、図4に示すポテンシャル分布Pt1に似ている場合がある。
The width of the
上記のように、第3の電極162は、螺旋状に配置されている。そのため、1つの第3の電極162が第1の電極140を囲むことができる。その結果、第3の電極162への電圧の印加が必要な場所が2つに減る。
As described above, the
第1の領域S1および第2の領域S2における螺旋状の第3の電極162の幅が異なる。これにより、半導体装置12におけるポテンシャル勾配を変化させることができる。
The widths of the spiral
(第2の実施形態の第1の変形例)
図8は、本発明の第2の実施形態の第1の変形例の半導体装置13の平面図である。図8において、第1の半導体層110の面110aに垂直な方向に半導体装置13を見たときの各要素が示されている。つまり、図8において、半導体基板100の正面から半導体装置13を見たときの各要素が示されている。図8に示す構成について、図7に示す構成と異なる点を説明する。
(First Modified Example of Second Embodiment)
FIG. 8 is a plan view of a
図7に示す第3の電極162に代えて第3の電極163が配置されている。第3の電極163は、矩形状かつ螺旋状に配置されている。図7に示す第3の電極162と同様に、第1の領域S1における第3の電極163の幅は、第2の領域S2における第3の電極163の幅よりも小さい。第3の電極163は、多角形状かつ螺旋状に配置されてもよい。多角形は、矩形以外の図形であってもよい。
A
上記以外の点について、図8に示す構成は、図7に示す構成と同様である。 Regarding the points other than the above, the configuration shown in FIG. 8 is the same as the configuration shown in FIG.
(第2の実施形態の第2の変形例)
図9は、本発明の第2の実施形態の第2の変形例の半導体装置14の平面図である。図9において、第1の半導体層110の面110aに垂直な方向に半導体装置14を見たときの各要素が示されている。つまり、図9において、半導体基板100の正面から半導体装置14を見たときの各要素が示されている。図9に示す構成について、図7に示す構成と異なる点を説明する。
Second Modification of Second Embodiment
FIG. 9 is a plan view of a
図7に示す第3の電極162に代えて第3の電極164aおよび第3の電極164bが配置されている。第1の電極140および第2の電極150の間の領域は、第1の電極140の中心および第2の電極150を通る直線L2によって2つの領域に分割されている。第3の電極164aはその2つの領域の一方に配置され、かつ第3の電極164bはその2つの領域の他方に配置されている。
In place of the
第3の電極164aおよび第3の電極164bは、複数の第1の構造および複数の第2の構造を有する。複数の第1の構造の各々は、半円状に配置されている。複数の第2の構造の各々は、2つの第1の構造に接続されている。第1の電極140に近い位置における第3の電極164aの幅は、第2の電極150に近い位置における第3の電極164aの幅よりも小さい。第1の電極140に近い位置における第3の電極164bの幅は、第2の電極150に近い位置における第3の電極164bの幅よりも小さい。
The
上記以外の点について、図9に示す構成は、図7に示す構成と同様である。 Except for the points described above, the configuration shown in FIG. 9 is the same as the configuration shown in FIG.
(第3の実施形態)
図10は、本発明の第3の実施形態の半導体装置15の構成を示す。図10において、半導体装置15の断面が示されている。図10に示す構成について、図1に示す構成と異なる点を説明する。
Third Embodiment
FIG. 10 shows the configuration of a
図1に示す第3の電極160に代えて第3の電極165が配置されている。第3の電極165は、導電材料で構成されている。例えば、第3の電極165を構成する導電材料は、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、および金(Au)などの金属である。第3の電極165を構成する導電材料は、不純物濃度が高いポリシリコンなどの半導体を含んでもよい。
A
第3の電極165は、複数の部分電極165aを有する。部分電極165aは、2層の電極構造を有する。第1の電極140に最も近い部分電極165aは、第1の領域S1を有する。第2の電極150に最も近い部分電極165aは、第2の領域S2を有する。
The
上記以外の点について、図10に示す構成は、図1に示す構成と同様である。 Except for the points described above, the configuration shown in FIG. 10 is the same as the configuration shown in FIG.
図11は、半導体装置15の断面の拡大図である。複数の部分電極165aに含まれる各々の部分電極165aは、面110aに垂直な方向Dr1における位置が異なる第1の層1650および第2の層1651を含む。方向Dr2に隣接する2つの部分電極165aにおいて、一方の部分電極165aの第1の層1650と他方の部分電極165aの第2の層1651との間に絶縁層130が配置されている。一方の部分電極165aの第1の層1650と他方の部分電極165aの第2の層1651とは、容量C1を構成する。複数の部分電極165aは、容量C1を介して電気的に接続されている。
FIG. 11 is an enlarged view of a cross section of the
第1の層1650は、絶縁層130の内部に配置されている。第2の層1651は、絶縁層130の内部および外部に配置されている。方向Dr2に隣接する2つの部分電極165aの一方の第1の層1650および他方の第2の層1651の間隔は、第1の電極140からの距離によらず一定である。
The
第1の層1650は、第2の層1651に対して、面110aに平行な方向Dr2にずれている。第2の層1651は、第1の層1650に対して、方向Dr2の反対方向にずれている。方向Dr2に隣接する2つの部分電極165aの第1の層1650は所定の距離だけ離れている。方向Dr2に隣接する2つの部分電極165aの第2の層1651は所定の距離だけ離れている。方向Dr2における複数の第1の層1650の間隔は同一である。方向Dr2における複数の第2の層1651の間隔は同一である。方向Dr1に半導体装置15を見たとき、第1の層1650の少なくとも一部および第2の層1651の少なくとも一部は、互いに重なる。容量C1を構成する第1の層1650および第2の層1651は、絶縁層130を介して重なる。
The
方向Dr2における複数の部分電極165aの第1の層1650の幅は同一である。方向Dr2における複数の部分電極165aの第2の層1651の幅は同一である。方向Dr2における第1の層1650および第2の層1651の幅は同一である。方向Dr2における第1の層1650および第2の層1651の幅が異なってもよい。複数の容量C1の第1の層1650および第2の層1651の距離は同一である。
The widths of the
図12は、半導体装置15の平面図である。図12において、第1の半導体層110の面110aに垂直な方向に半導体装置15を見たときの各要素が示されている。つまり、図12において、半導体基板100の正面から半導体装置15を見たときの各要素が示されている。図12に示す線A3-A3を通る断面が図10に示されている。図12に示す構成について、図2に示す構成と異なる点を説明する。
FIG. 12 is a plan view of the
複数の部分電極165aは、リング状の電極である。複数の部分電極165aは、同心円状に配置されている。図12において、部分電極165aの第2の層1651が示されている。第1の層1650は絶縁層130の内部に配置されているため、図12において第1の層1650は示されていない。複数の部分電極165aは、多角形状に配置されてもよい。
The plurality of
上記以外の点について、図12に示す構成は、図2に示す構成と同様である。 The configuration shown in FIG. 12 is the same as the configuration shown in FIG.
複数の部分電極165aは、容量C1を介して直列に接続されている。第1の電極140に最も近い部分電極165aの1箇所に電圧V1が印加される。第2の電極150に最も近い部分電極165aの1箇所に電圧V2が印加される。電圧が第1の領域S1および第2の領域S2に印加されたとき、第1の電極140により近い部分電極165aの電圧は、第2の電極150により近い部分電極165aの電圧よりも高くなる。これにより、半導体基板100の外周から中心に向かって低くなるポテンシャルが発生する。
The plurality of
上記のように、容量C1を含む複数の部分電極165aが配置されている。複数の部分電極165aは、容量C1を介して電気的に接続されている。そのため、第3の電極165への電圧の印加が必要な場所を2つに減らすことができる。
As described above, the plurality of
電圧が第1の領域S1および第2の領域S2に印加されたとき、容量C1を充電するための過渡的な電流が複数の部分電極165aに流れる。容量C1が充電された後、定常的な電流は複数の部分電極165aに流れない。そのため、図1に示す半導体装置10および図6に示す半導体装置12などと比較して、半導体装置15の消費電力は小さい。
When a voltage is applied to the first region S1 and the second region S2, a transient current for charging the capacitor C1 flows in the plurality of
(第3の実施形態の変形例)
図13は、本発明の第3の実施形態の変形例の半導体装置16の構成を示す。図13は、半導体装置16の断面の拡大図である。図13に示す構成について、図11に示す構成と異なる点を説明する。
(Modification of the third embodiment)
FIG. 13 shows the configuration of a
第3の領域S3は第4の領域S4よりも大きい。第3の領域S3は、第1の電極140に最も近い位置に配置された容量C1aを構成する第1の層1650および第2の層1651が絶縁層130を介して重なる領域である。第4の領域S4は、第2の電極150に最も近い位置に配置された容量C1bを構成する第1の層1650および第2の層1651が絶縁層130を介して重なる領域である。
The third area S3 is larger than the fourth area S4. The third region S3 is a region where the
面110aに平行な方向Dr2における第3の領域S3の幅は第4の領域S4の幅よりも大きい。第1の電極140により近い位置における容量C1を構成する2つの層が絶縁層130を介して重なる領域は、第2の電極150により近い位置における容量C1を構成する2つの層が絶縁層130を介して重なる領域よりも大きい。第1の電極140側の容量C1から第2の電極150側の容量C1に向かって、2つの層が絶縁層130を介して重なる領域は徐々に小さくなる。
The width of the third region S3 in the direction Dr2 parallel to the
方向Dr2における複数の第1の層1650の間隔および複数の第2の層1651の間隔は、第1の電極140からの距離に応じて異なる。第1の電極140により近い位置における複数の第1の層1650の間隔は、第2の電極150により近い位置におけるその間隔よりも小さい。第1の電極140から第2の電極150に向かって、複数の第1の層1650の間隔は、徐々に大きくなる。第1の電極140により近い位置における複数の第2の層1651の間隔は、第2の電極150により近い位置におけるその間隔よりも小さい。第1の電極140から第2の電極150に向かって、複数の第2の層1651の間隔は、徐々に大きくなる。
The spacing of the plurality of
上記以外の点について、図13に示す構成は、図11に示す構成と同様である。 Except for the points described above, the configuration shown in FIG. 13 is the same as the configuration shown in FIG.
第1の電極140側の容量C1から第2の電極150側の容量C1に向かって、2つの層が絶縁層130を介して重なる領域は徐々に小さくなる。第1の電極140側の容量C1から第2の電極150側の容量C1に向かって、容量C1の容量値は徐々に小さくなる。各容量C1に蓄積される電荷の量は同一であるため、第1の電極140側の容量C1から第2の電極150側の容量C1に向かって、容量C1の2つの層の間の電圧は徐々に大きくなる。これにより、半導体装置16の面110aにおいて、第1の電極140からの距離に応じて勾配が異なるポテンシャルが発生する。半導体装置16の面110aにおけるポテンシャル分布は、図5に示すポテンシャル分布Pt2に似ている。
The region where the two layers overlap with the insulating
図11に示す半導体装置15において、第3の領域S3の大きさは第4の領域S4の大きさと同一である。つまり、2つの層が絶縁層130を介して重なる領域の大きさは、第1の電極140からの距離によらず一定である。第3の領域S3は第4の領域S4よりも小さくてもよい。つまり、第1の電極140側の容量C1から第2の電極150側の容量C1に向かって、2つの層が絶縁層130を介して重なる領域が徐々に大きくなってもよい。
In the
上記のように、第3の領域S3および第4の領域S4の大きさが異なる。これにより、半導体装置16におけるポテンシャル勾配を変化させることができる。
As described above, the sizes of the third area S3 and the fourth area S4 are different. Thereby, the potential gradient in the
(第4の実施形態)
図14は、本発明の第4の実施形態の半導体装置17の構成を示す。図14において、半導体装置17の断面が示されている。図14に示す構成について、図1に示す構成と異なる点を説明する。
Fourth Embodiment
FIG. 14 shows the configuration of a
図1に示す半導体基板100は半導体基板101に変更される。半導体基板101は、図1に示す第2の半導体層120を有していない。図1に示す第2の半導体層120に代えて第4の電極170(導電層)が配置されている。
The
第4の電極170は、導電材料で構成されている。例えば、第4の電極170を構成する導電材料は、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、および金(Au)などの金属である。第4の電極170を構成する導電材料は、不純物濃度が高いポリシリコンなどの半導体を含んでもよい。
The
第4の電極170は、第1の半導体層110に積層されている。面110bは、半導体基板101の主面を構成する。第4の電極170は、第1の半導体層110の面110bに配置され、かつ導電性を有する。第4の電極170は、面110bと接触している。第4の電極170は、面170aおよび面170bを有する。面170aおよび面170bは、互いに反対方向を向く。面170aおよび面170bは、第4の電極170の主面を構成する。第4の電極170の主面は、第1の半導体層110の表面を構成する複数の面のうち相対的に広い面である。面170aは、面110bと接触している。第4の電極170は、面110bの少なくとも一部を覆っている。図14に示す例では、第4の電極170は、面110bの全体を覆っている。第4の電極170の一部に開口部が形成されてもよい。
The
電圧が第4の電極170に印加される。第4の電極170に印加される電圧は、図1に示す第2の半導体層120に印加される電圧と同様である。
A voltage is applied to the
前述した半導体装置11、半導体装置12、半導体装置13、半導体装置14、半導体装置15、および半導体装置16において、半導体基板100が半導体基板101に変更され、かつ第2の半導体層120の代わりに第4の電極170が配置されてもよい。
In the
図1に示す半導体装置10と同様に、半導体装置17は、必要な電圧の数を減らすことができる。
Similar to the
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態およびその変形例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments and their modifications. Additions, omissions, substitutions, and other modifications of the configuration are possible without departing from the spirit of the present invention. Also, the present invention is not limited by the above description, and is limited only by the scope of the attached claims.
本発明の各実施形態によれば、半導体装置は、必要な電圧の数を減らすことができる。 According to the embodiments of the present invention, the semiconductor device can reduce the number of required voltages.
10,11,12,13,14,15,16,17 半導体装置
100,101,1100,1101,1102 半導体基板
110,1110,1113,1115 第1の半導体層
120,1120 第2の半導体層
111,1111 第1の不純物層
112,1112,1114 第2の不純物層
130,1130,1131 絶縁層
140 第1の電極
150 第2の電極
160,161,162,163,164a,164b,165 第3の電極
165a 部分電極
170 第4の電極
1010,1011,1012 検出器
1140 アノード電極
1150 カソード電極
1160 ゲート電極
1170 電極
1650 第1の層
1651 第2の層
10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17
Claims (9)
前記第1の主面に配置された第1の電極および第2の電極と、
前記第2の主面に配置され、または前記第2の主面を含むように前記半導体基板内に配置された導電層と、
前記第1の主面に配置された絶縁層と、
前記第1の電極および前記第2の電極の間において前記絶縁層を介して前記第1の主面に配置された第3の電極と、
を有し、
前記第3の電極は、前記第3の電極において前記第1の電極に最も近い第1の領域と、前記第3の電極において前記第2の電極に最も近い第2の領域とを有し、
前記第1の電極に印加される第1の電圧が前記第2の電極に印加される第2の電圧よりも高い場合、前記第1の領域に印加される第3の電圧は前記第2の領域に印加される第4の電圧よりも高く、
前記第1の電極に印加される第1の電圧が前記第2の電極に印加される第2の電圧よりも低い場合、前記第1の領域に印加される第3の電圧は前記第2の領域に印加される第4の電圧よりも低く、
前記第1の領域および前記第2の領域は互いに電気的に接続されている
半導体装置。 A semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface facing in opposite directions;
A first electrode and a second electrode disposed on the first major surface;
A conductive layer disposed on the second main surface or disposed in the semiconductor substrate to include the second main surface;
An insulating layer disposed on the first major surface;
A third electrode disposed on the first major surface between the first electrode and the second electrode via the insulating layer;
Have
The third electrode has a first region closest to the first electrode in the third electrode, and a second region closest to the second electrode in the third electrode,
When the first voltage applied to the first electrode is higher than the second voltage applied to the second electrode, a third voltage applied to the first region is the second voltage. Higher than the fourth voltage applied to the region,
When the first voltage applied to the first electrode is lower than the second voltage applied to the second electrode, a third voltage applied to the first region is the second voltage. Lower than the fourth voltage applied to the
A semiconductor device, wherein the first region and the second region are electrically connected to each other.
請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the third electrode is configured in a continuous structure connecting the first region and the second region.
少なくとも4つの帯状の前記第3の電極が、前記第1の電極から前記第2の電極に向かう方向と平行に配置されている
請求項2に記載の半導体装置。 The second electrode is disposed around the first electrode,
The semiconductor device according to claim 2, wherein at least four strip-like third electrodes are arranged in parallel with a direction from the first electrode to the second electrode.
請求項3に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3, wherein a width of the third electrode in the first region is larger than a width of the third electrode in the second region.
前記第3の電極は、前記第1の電極および前記第2の電極を通る仮想直線と複数の位置で交わるように配置されている
請求項2に記載の半導体装置。 The second electrode and the third electrode are disposed around the first electrode,
The semiconductor device according to claim 2, wherein the third electrode is disposed to intersect at a plurality of positions with imaginary straight lines passing through the first electrode and the second electrode.
請求項5に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 5, wherein the third electrode is arranged in a spiral shape.
請求項6に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 6, wherein a width of the third electrode in the first region is smaller than a width of the third electrode in the second region.
前記複数の部分電極に含まれる各々の部分電極は、前記第1の主面に垂直な方向における位置が異なる第1の層および第2の層を含み、
前記第1の主面に平行な方向に隣接する2つの前記部分電極において、一方の前記部分電極の前記第1の層と他方の前記部分電極の前記第2の層との間に前記絶縁層が配置され、
前記一方の前記部分電極の前記第1の層と前記他方の前記部分電極の前記第2の層とは、容量を構成する
請求項1に記載の半導体装置。 The third electrode has a plurality of partial electrodes,
Each of the partial electrodes included in the plurality of partial electrodes includes a first layer and a second layer different in position in the direction perpendicular to the first major surface,
In the two partial electrodes adjacent in a direction parallel to the first main surface, the insulating layer between the first layer of one of the partial electrodes and the second layer of the other partial electrode Is placed,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first layer of the one partial electrode and the second layer of the other one of the partial electrodes constitute a capacitance.
前記第3の領域は、前記第1の電極に最も近い位置に配置された前記容量を構成する前記第1の層および前記第2の層が前記絶縁層を介して重なる領域であり、
前記第4の領域は、前記第2の電極に最も近い位置に配置された前記容量を構成する前記第1の層および前記第2の層が前記絶縁層を介して重なる領域である
請求項8に記載の半導体装置。 The third area is larger than the fourth area,
The third region is a region where the first layer and the second layer constituting the capacitor disposed at a position closest to the first electrode overlap with each other via the insulating layer.
The fourth region is a region where the first layer and the second layer constituting the capacitor disposed at a position closest to the second electrode overlap with each other via the insulating layer. The semiconductor device according to claim 1.
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