2次元半導体バーテックス検出器の放射線耐性の研究

二维半导体顶点探测器抗辐射性能研究

• 批准号: 10140219
• 负责人: 塚本 俊夫
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Saga University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10140219/
• 关键词: 半導体検出器; CCDバーテックス検出器; 放射線耐性; 常温運転; 素粒子実験

微弱信号を捉える高性能CCDに大強度放射線を当て、性能劣化の度合いを調べた。CCDの性能の劣化は電荷転送中の損失(電荷転送損失率:CTI)の増加を招く。これを広い温度範囲(-100℃〜常温)にわたって測定する装置を開発し、放射線ダメージの状況を調べた。まず、大強度電子線を当てたが、これは主にCCD表面にダメージを与える。表面での暗電流を抑えるため、駆動時のゲート電圧を反転させるといった特殊な技法を用いているが、ダメージを受けるにつれこの反転電圧を上昇させる必要があることがわかった。CTIの温度依存性は生成されたトラップレベルにより、異なる振る舞いをするが、精密なシュミレーションを開発し、実験結果がよく再現できることがわかった。また、新たな駆動方程式を考案し、シュミレーションしたところ、放射線ダメージを受けた素子についても、常温(0℃以上)でCTIが十分低く抑える可能性も見出した。さらに、素子を高温(150℃)にさらすことにより、0.44eVのトラップレベルを除去することにも成功した。これらの研究により、将来の線形加速器実験で予測される5x10^<11>/cm^2/yearの放射線被爆においても、CCD素子の飛跡検出器として利用できることに目処が立ちつつある。加速器衝突点付近に置かれるCCDバーテックス検出器は低エネルギー電子とともに中性子もバックグラウンドとして受ける。中性子の被爆予測値は2X10^8/cm^2/yearと電子線に比べ低いレベルであるが、中性子線は素子全体にわたるダメージを与え、ダメージの影響が異なる。中性子線照射実験も進行中であるが、現在のところ、少数のピクセルにおいて暗電流が増加する(hot pixel)が観測される以外、CTIの増加等の悪影響は見られておらず、中性子線から生じる問題は軽微であると予測している。

Weak signal detection, high-performance CCD, high-intensity radiation detection, performance degradation and combination of modulation. The deterioration of CCD performance is caused by the increase of loss in charge transfer (charge transfer loss rate:CTI). The temperature range (-100℃ ~ room temperature) of the device is determined by the temperature adjustment of the device. High intensity electron rays are emitted from the CCD surface. The surface dark current is suppressed, and the reverse voltage is increased when the motor is activated. Special techniques are used to suppress the reverse voltage. CTI's temperature dependence is generated by a variety of factors, such as temperature, and temperature. The CTI is very low at room temperature (above 0℃) due to the low probability of radiation exposure. In addition, the high temperature (150℃) of the pigment was successfully removed by 0.44eV. In this research, future linear accelerators are predicted to be 5 x 10 ^<11>/cm^2/year in terms of radiation explosion, CCD element flight detector and utilization. Accelerator collision point is close to the CCD detector, and the detector is low in temperature. The predicted explosion value of the medium electron line is 2X10^8/cm^2/year, and the influence of the medium electron line on the whole is different. The influence of the increase of CTI and the increase of dark current (hot pixel) in the middle of the sub-line irradiation process can be seen in the middle of the sub-line irradiation process, and the problems of the middle sub-line irradiation process can be detected in the middle of the sub-line irradiation process.

项目成果

T.Tsukamoto et al.: "Beam Tests of a CCD Tracker for Vertex Detector Application" KEK Preprint. 19. 1-5 (1998)

T.Tsukamoto 等人：“用于顶点检测器应用的 CCD 跟踪器的光束测试”KEK 预印本。

K.D.Stefanov et al.: "Investigation of the Radiation Performance of a CCD Sensor for Vertex Detector Application" KEK Preprint. 221. 1-12 (1998)

K.D.Stefanov 等人：“用于顶点检测器应用的 CCD 传感器的辐射性能研究”KEK 预印本。

T.Tsukamoto et al.: "Performance of a CCD tracker at room temperature" Fermilab Conference Report. 196. 199-210 (1998)

T.Tsukamoto 等人：“室温下 CCD 跟踪器的性能”费米实验室会议报告。