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

半导体探测器和闪烁体低温运行基础研究

• 批准号: 11878084
• 负责人: 高橋 浩之
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11878084/
• 关键词: SQUID; CdTe; 化合物半導体; 移動度; 極低温; 半導体; CsI; CdZnTe

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。

Now with い ら れ て い る radiation 検 extractor で あ る semiconductor 検 extractor, シ ン チ レ ー タ の most は room temperature か ら liquid smothering element temperature degree ま で の van 囲 で action さ せ て い る が, originally 検 extractor と し て み た occasions に そ の most good の action point で action し て い る と は い い difficult. Semiconductor で は キ ャ リ ア の は mobile degrees low temperature に な る ほ ど big き く な り, ア ル カ リ ハ ラ イ ド シ ン チ レ ー タ etc で は extremely low temperature に お い て は impurity content の 発 light center が no く と も 発 light を し, 発 light も than normal temperature に べ several times て に な り 発 light の も に substantially reduce short く な る な ど, big き な features の variations change が see ら れ る. This study で は, recent popularization し つ つ あ る cold tonic が don't で あ り な が ら liquid He temperature near 辺 ま で の temperature が easy に ら れ る cooling シ ス テ ム を using し, radiation 検 の optimal operating temperature of extractor に つ い て today once see straight し を 図 る こ と を purpose に を line っ た. Our は, extremely low temperature に お い て action す る ロ ー ノ イ ズ, low イ ン ピ ー ダ ン ス の の DC SQUID - rights of device features の improve line を い, rights of implement の 価 雑 sound into force current と し て 2.9 Hz/pA) が must ら れ た. ま た, CdTe の compound semiconductor は 従 to, normal temperature action の が emphasizes さ れ て き た が, extremely low temperature ま cooling を で す る と, simples は lost わ れ る も の の, higher than against が quite く な る こ と は も ち ろ ん, electronic moving hole の degrees, も め extremely high て く な る こ と が expect さ れ る. し か し be interstate に extremely low temperature ま で cooling し て, alpha wire の irradiation be 験 を line な っ て み た と こ ろ, electronic の mobile は cryogenic に お い ま て room temperature 2 times の degree で raised plus し た も の の, hole side に お い て は, partial の unseen fruit が じ, 検 extractor と し て の action が unrest に な っ た. こ れ は, higher than the resistance を め る た め に CdTe に ド ー プ し て あ る salt element の unseen fruit と exam え ら れ る が, charge キ ャ リ ア と し て electronic を い る よ う に time を す れ ば, extremely low temperature action で タ イ ミ ン グ features the possibility of improving が の と な る と い え る.

项目成果

Daiji Fukuda,Hiroyuki Takahashi,Masashi Ohno,Masaharu Nakazawa: "Ir TES for X-ray microcalorimeters"Nucl.Instr.and Meth.In Phys.Res.A. 444. 241-244 (2000)

Daiji Fukuda、Hiroyuki Takahashi、Masashi Ohno、Masaharu Nakazawa：“用于 X 射线微量热计的 Ir TES”Nucl.Instr.and Meth.In Phys.Res.A。