リチウムドリフト法とイオン注入法を組み合わせた新型シリコン検出器の開発 -長期安定で厚肉な宇宙重粒子線検出器を目指して-

点击翻译按钮获取中文摘要

周囲環境に弱い金蒸着電極を使用した従来のLiドリフト法による検出器に代わって、本研究ではSi表面にボロン(B)を高濃度にドープし、Liドリフト法と組み合わせることによってPN接合をSi内部に作り、厚肉でしかも表面安定なSi検出器(B-Si(Li)と呼ぶ)を製作することを目的としている。昨年度は、この製作方法が有効であることが立証できたが、漏れ電流増加が認められたので、今年度はこの問題に対して試作検討を行なった。用いた方法は、検出器の周囲にリング状に数本のP層を形成し、透き間をLiがドリフトされたN層として表面をPNPNという構造にしたことである。このPリング電極をガードリングとして使用したところ、3インチφで4mmtの検出器において数μAという体積漏れ電流と一致した良好な値が得られた。しかし、この方法ではガードリングと検出器中心の放射線に対して有感な部分に別々に電圧を印加しなければならず、実用上はリード線や抵抗が増えるなど不都合な場合が多い。この対処法としては製作したPリング電極と共に、最も外側の部分にNリング電極を付けた、PストップおよびNストップ法によって電流を減少させていく方法が有効だと考えられ、今後はこの方法を試してみる予定である。また、放射線医学総合研究所(HIMAC)で800MeV/nのエネルギーを持ったSi重粒子入射によるテストを行ない、B-Si(Li)検出器の全面を突き抜けさせた際に付与されたエネルギー損失として4.5%(FWHM)の幅が得られた。この結果はB-Si(Li)検出器によって作られた空乏層の厚さの精度を表しており、ストラグリングが3%程度あることも含めて、Bドープを行なった内部に厚さのむらの無い空乏層が形成されていることがわかった。