Defect analysis of ZnO single crystals by ESR and development of YAP:Ce/ZnO radiation detector

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本研究は、ESRによるZnO単結晶基板の欠陥解析およびZnO単結晶基板を用いた光導電型ZnO-UVセンサと、溶融塩法により合成したYAP:Ce粉末を組合わせた「YAP:Ceシンチレーション放射線検出器」を目的としている。今年度は、ZnO-UVセンサ上にYAP:Ce薄膜をスパッタ法により成膜し、放射線検出器として動作するかを検討した。YAP:Ce薄膜自体は問題なくZnO-UVセンサ上に成膜できたが、成膜の際に生じるプラズマがZnO-UVセンサ表面にダメージを与え、ZnO-UVセンサの特性が劣化してしまい、放射線検出器として機能しないことが確認された。成膜条件等を細かく検討したが、スパッタ法を用いたYAP:Ce粉末の薄膜化は難しいと判断し、紫外線透過樹脂にYAP:Ce粉末を混合し、ZnO-UVセンサを樹脂封止する方法を試みた。結果、ZnO-UVセンサの特性が劣化することなく、放射線検出器として機能することが確認された。ただし、樹脂封止よりZnO-UVセンサの光電流が減少してしまう課題があるため、紫外線透過樹脂とYAP:Ce粉末の最適な混合比の検討がさらに必要と考えている。また、樹脂硬化の際に加熱処理が必要となり、この加熱処理がZnO-UVセンサにおよぼす影響を把握しきれておらず、更に検討が必要と考えている。ESRによるZnO単結晶の分析はサスカチュワン大学で実施を予定していたが、2022年度はCOVID-19の感染状況を鑑みて断念した。ESRによる分析は2023年度に10ヵ月間サスカチュワン大学に滞在して実施する予定である。