荷電粒子検出用高感度アモルファスシリコン半導体の開発

开发用于带电粒子检测的高灵敏度非晶硅半导体

• 批准号: 63540212
• 负责人: 田坂 茂樹
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Gifu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1988
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1988 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-63540212/
• 关键词: アモルファスシリコン半導体; 放射線検出器; Radiation damage; 素粒子実験; 測定器開発

研究の目的は単結晶シリコン半導体に代わる新しい放射線検出器として、高感度の水素化アモルファス・シリコン半導体(a-Si:H)を製作して、その物性特性と放射線に対する感度やRadiation damageなどの基礎実験を行うことである。a-Si:Hは(1)安価(2)大面積が容易(3)多量構造化デバイス(4)任意の形状化可能(5)Radiation hardなどの利点を有する。a-Si:Hは誘導結合型プラズマCVD装置を用いて、ガラス透明電極基板の上にp-i-n層を形成して製作した。i層の厚みは2.9、3.8μmで、電極は円形で直径1、2、3mmである。最初逆バイアス電圧を30Vまで徐々に印加してリーク電流を測定した、その値は10nA以下であった。次に波長660nmのパルス光を使って電極の裏側から走査して感度テストを行った。そしてアメリシウムからの5MeVのα線を照射して、プレアンプからの出力信号をPHAで測定した。バイアス電圧を9Vから63Vまで上げて行くと、シグナル電子数は6千個から2万個まで増加した。これ以上の電圧はbreak downのため不可能であった。シグナル電子数はノイズ電子数千個と比較して十分大きいが、期待される電子数の約2割であった(a-Si:HのW値は6eVである)。現在この原因についてはα線の照射角度を変えたり、数MeVの陽子の照射実験を行って検討中である。またRadiation damageについての実験も計画している。今後さらにβ線などのminimum ionizing粒子を検出するために、次の技術開発を目標としている。(1)厚さ10μm以下で30V/μm以上のバイアス電圧が印加できるデバイス製作(2)局在準位密度を10^<16>から10^<15>Cm^<-3>eV^<-1>以下まで下げる(3)p-i-nの多層構造とpixel、stripデバイスの製作。これらの開発により、電子と正孔の平均拡散長はそれぞれ約3000μm、600μmとなり、100μmの厚さのデバイスでも十分な効率で電子と正孔を集めることが可能となり、minimum ionizing粒子でもS/Nが10以上で検出可能となるであろう。

Research purpose の は 単 crystallization シ リ コ ン semiconductor に generation わ る new し い Radiation 検 extractor と し て, Gao Gan degrees の water element ア モ ル フ ァ ス · シ リ コ ン semiconductor (a - Si: H) を production し て, そ の property features と Radiation に す seaborne る sensitivity や Radiation damage な ど の basis be 験 を line う こ と で あ る. A - Si: H は Ann 価 (1) (2) large が easy (3) the amount more structured デ バ イ ス (4) any の can be (5) the Radiation shape hard な ど の tartness を have す る. Type a - Si: H は induction combined with プ ラ ズ マ CVD equipment を い て, ガ ラ ス transparent electrode on substrate の に p - I - n layer を form し て making し た. The <s:1> thickness of the i layer み で is 2.9 μm, 3.8μmで, and the diameter of the <s:1> cylindrical で electrode is 1 mm, 2 mm, 3mmである. Initial inverse バ イ ア ス electric 圧 を 30 v ま で xu 々 に Inca し て リ ー ク current を determination し た, そ の numerical は under 10 na で あ っ た. Time に wavelength of 660 nm の パ ル photocatalysis を ス っ て in electrode の side か ら walkthrough し て sensitivity テ ス ト を line っ た. そ し て ア メ リ シ ウ ム か ら の 5 mev の alpha line を irradiation し て, プ レ ア ン プ か ら の output signal を PHA で determination し た. バ イ ア ス electric 圧 を 9 v か ら 63 v ま で げ on line て く と, シ グ ナ ル electron number は 6000 か ら 20000 ま で raised plus し た. The above <s:1> voltage ため break down ため cannot であった. シ グ ナ ル electron number は ノ イ ズ electron thousands of と し て very big き い が, expect さ れ る electronic number 2 cut で の あ っ た (a - Si: H の W numerical は 6 ev で あ る). Now, the main reason for the <s:1> is that the Angle of the α line <e:1> 's irradiation is を and the えた Angle is changed, and the experiment of the radiation of several MeV <s:1> electrons is を and って検. Youdaoplaceholder6. Youdaoplaceholder0 Radiation damageに また て て て <s:1> experiment また project て て る る. Future さ ら に beta line な ど の minimum ionizing particles を 検 out す る た め に の technology, open 発 を target と し て い る. (1) under 10 microns thick さ で above 30 v/u m の バ イ ア ス electric 圧 が Inca で き る デ バ イ ス production (2) bureau in a density を 10 ^ < 16 > か ら 10 ^ < > 15 Cm ^ ^ < - > 3 eV < 1 > the following ま で under げ る (3) p - I - n の multilayer structure と pixel, strip デ バ イ ス の. こ れ ら の open 発 に よ り, electronic と average company, taking long hole is の は そ れ ぞ れ about 3000 microns, 600 microns と な り, 100 microns thick の さ の デ バ イ ス で も very な で electronic と working rate is hole を set め る こ と が may と な り, minimum ionizing particles で S/Nが10 or above で検 is possible となるであろう.

项目成果

田坂茂樹: 日本物理学会第44回年会 素粒子実験分科31aN9.

Shigeki Tasaka：第 44 届日本物理学会年会，粒子实验部分 31aN9。