Development of SiC Detectors for the COMET Experiment

COMET 实验 SiC 探测器的开发

• 批准号: 22H01255
• 负责人: 岸下 徹一
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: High Energy Accelerator Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01255/
• 关键词: 半導体検出器; 放射線耐性; ASIC; SiC; ワイドギャップ半導体; ピクセル検出器; 荷電粒子検出器; シリコンカーバイド; ダイヤモンド; 検出器

本研究では、COMET実験でのエクスティンクションモニターへの応用を目的とした、ワイドギャップ半導体を用いた荷電粒子検出器の開発を行う。令和4年度では、主に(1)センサーの高精細化と(2)中性子線量に対する放射線性能の調査を行った。まずセンサーの微細化では、1チャンネルあたりの電極面積を微小化することで、各チャンネルに入射する荷電粒子の数を低減し、センサーや信号処理回路のデッドタイムを減らすことができるため、エクスティンクションモニターに要求される計数率耐性を実現する上で必須となる。そこで我々はまず、pn型SiCセンサーの電極を270um角に分割したピクセルセンサーを試作し、低雑音の2次元読み出しASICと接合したハイブリッドピクセル検出器の製作、及び性能評価を行なった。その結果12x12ピクセルの全てのチャンネルから独立に荷電粒子からの信号を検出することができ、特性X線のエネルギースペクトルに関しても非常に高い信号対雑音比でピーク検出できることを確認した。さらにSiCと並行して、ダイヤモンドセンサーに関しても電極構造の微細化を実施し、世界に先駆けてダイヤモンドピクセル検出器からの信号取得に成功した。次に中性子線量に対する放射線性能の研究では、京都大学複合原子力研究所において、SiCセンサーに逆バイアスである1 kVを印加した状態で中性子を照射し、高電圧がセンサーの耐放射線性能の劣化を加速することがないかを調査した。その結果、中性子線量が10^12/cm^3程度では、放射線耐性に影響が出ないことを確認した。ワイドギャップ半導体センサーへの中性子照射試験は過去に様々な文献で報告があるが、SiCセンサーに1 kVという高圧を印加した状態での結果は報告がなく、実際の物理実験で使用する上で、貴重な知見である。

In this study, the purpose of this study is to determine whether or not the half-body is used in this study. In this study, the purpose of this study is to use the purpose of this study, and the COMET system is used in this study. in this study, in this study, the purpose of this study is to use the purpose of this study, the purpose of this study is to start the operation of the halfbody. Ling and 4 years of production, major (1) high-precision and (2) neutral radiation performance improvement. In order to improve the performance of the device, the number of incident particles in each device is low, and the number of incident particles in the signal loop is low. The temperature is very high, the temperature is very small, the temperature is very small, the number of incident particles is low, and the number of incident particles is low. For example, the pn-type SiC device, the positive 270um angle, the double tone, the ASIC joint, the output, and the performance. The results show that the 12x12 signal is independent of the number of particles loaded, and the characteristic X is very high. The tone is much higher than that of the signal. With the help of the SiC system, the micro-computer system has been built, and the signal of the generator has been successfully obtained. Second-order neutral radiation performance research, Kyoto University complex Atomic Force Research Institute, SiC complex Atomic Force Research Institute, Kyoto University, Institute of Atomic Force, Kyoto University, Kyoto University, Kyoto The results show that the neutral dose is 10 ^ 12