半導体検出器・シンチレータの極低温動作に関する基礎的研究

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現在用いられている放射線検出器である半導体検出器、シンチレータの大半は常温から液体窒素温度程度までの範囲で動作させているが、本来検出器としてみた場合にその最良の動作点で動作しているとは言い難い。半導体ではキャリアの移動度は低温になるほど大きくなり、アルカリハライドシンチレータ等では極低温においては不純物の発光中心が無くとも発光を示し、発光量も常温に比べて数倍になり発光の時定数も大幅に短くなるなど、大きな特性の変化が見られる。本研究では、最近普及しつつある寒剤が不要でありながら液体He温度近辺までの温度が容易に得られる冷却システムを利用し、放射線検出器の最適動作温度について今一度見直しを図ることを目的に研究を行った。今年度は、極低温において動作するローノイズ・低インピーダンスのDC-SQUID増幅器の特性の改善を行い、増幅器の等価雑音入力電流として約2.9pA/√Hzが得られた。また、CdTe等の化合物半導体は従来、常温動作の点が強調されてきたが、極低温まで冷却をすると、簡便性は失われるものの、比抵抗が十分高くなることはもちろん電子・正孔の移動度も極めて高くなることが期待される。しかし実際に極低温まで冷却して、α線の照射実験を行なってみたところ、電子の移動度は低温において常温の2倍程度まで増加したものの、正孔側においては、偏極の効果が生じ、検出器としての動作が不安定になった。これは、比抵抗を高めるためにCdTeにドープしてある塩素の効果と考えられるが、電荷キャリアとして電子を用いるように工夫をすれば、極低温動作でタイミング特性の改善が可能となるといえる。