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化合物半導体及びセラミックスを用いたプラズマ燃焼実験用α粒子検出器の開発

使用化合物半导体和陶瓷开发用于等离子体燃烧实验的α粒子探测器

基本信息

批准号：
18035006
负责人：
飯田敏行
金额：
$ 4.03万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

高温環境下で安定に動作するプラズマ燃焼実験用の化合物半導体型α粒子検出器を上手く製作することができた。高純度の半絶縁性4H-SiC結晶(10mmx10mmx0.4mm)の表面を低エネルギーのプロトンビームで処理した後、結晶両面に電荷収集電極としてAlを約50nm真空蒸着した。この方法で、良好なオーム性接触電極を有する高エネルギー粒子用SiC検出器を製作することができた。試作したSiC検出器は、電極間の電気抵抗が約3xl0^<12>Ωで、160℃の高温下でもバイアス電圧による漏れ電流は十分に小さく、α粒子をS/N良く検出した。検出器の詳細な特性測定のために、試作したSiC検出器には、回路定数を変えることができる特別な電荷増幅器を直結した。特性測定においては、電荷増幅器の出力波高値は十分に大きく、波形の立ち上がり時間も約20nsと速く、α線による生成電子がほとんど陽極に収集されていることが確認できた。このことはこのSiC検出器が非常に安定な動作をしていることを意味している。また、160℃以上の高温下でも、700V以上のバイアス電圧でAm-241のα線(E=548MeV)を約25%のエネルギー分解能で測定することができた。この実験及び測定結果により、試作したSiC検出器が国際熱核融合実験炉(ITER)等のプラズマ診断用α粒子検出器として十分に使用できる見通しが得られた。200℃を越えると漏れ電流が大幅に増加し、α粒子の検出は十分にできるもののエネルギー分解能が大きく低下した。200℃以上の高温環境下では、さらなる漏れ電流増加防止対策が今後の課題である。

Compound Semiconductor-type Alpha Particle Detectors for Stable Operation in High Temperature Environments After surface treatment of high purity semi-insulating 4H-SiC crystal (10mmx10mmx0.4mm), the charge collector on the crystal surface is evaporated in vacuum at about 50nm. This method is to produce SiC detectors for high-performance particles. Test SiC detector, the electrical resistance between electrodes is about 3xl0^<12>Ω, the leakage current is very small at high temperature of 160℃, and the alpha particle S/N is good. The detailed characteristics of the detector are measured and tested. The SiC detector is connected directly to the circuit. Characteristics of the measurement, charge amplifier output wave height value is very large, waveform on the rise, time is about 20ns, alpha line, generated electrons, anode collection, confirmation. The SiC detector is very stable in operation. For high temperatures above 160 ° C and voltages above 700V, the alpha line of Am-241 (E=548MeV) is about 25% of the total decomposition energy. The results of these measurements are reported in the International Thermonuclear Fusion Reactor (ITER) and other diagnostic alpha particle detectors. At 200℃, the leakage current increased significantly, and the alpha particle detection and decomposition energy decreased significantly. Prevention of leakage current increase under high temperature environment above 200℃