素粒子物理研究のための単光子検出可能な新型半導体検出器の開発

点击翻译按钮获取中文摘要

PPDセンサーは実装構造などにより単純な等価回路での理解とは異なる振る舞いをすることもあり、そのひとつの典型が低温での波形である。PPDを例えば液体窒素温度に冷却して動作させると、立ち上がりに1ナノ秒程度の幅の鋭いスパイク状のピークを発生し、その後に(その温度における)R・Cで決まる通常の信号と同じ成分が重なるという不思議な波形が観測された[1]。この原因はイタリアグループおよび我々東大グループにより研究が行われ、光の入射面とクェンチング抵抗が立体的につくる浮遊容量が第一のピークの原因であることがわかっている[2]。簡単に言えば抵抗を介さずにこの浮遊容量をバイパスして信号が漏れ出している状態であり、単純な等価回路では理解できない性質の現象であった。ピーク部の電荷量は小さいので室温ではこの影響はR・Cで決まる時定数の波形に埋もれて見えないが、ポリシリコン製のクェンチング抵抗の抵抗値が低温下では大幅に増加するという性質があるために時定数が長くなり、結果としてバイパスされるスパイク成分の波高が相対的に大きくなり観測にかかった。これは単に低温で使用する際の特殊な観点というだけではなく3次元での実装構造の開発においても重要な観点である。この効果を逆に利点としてあえて浮遊容量をもつPPDを製作すれば、始めに高い波高を持つ鋭い波形を作ることも可能であり、時間分解能を重視したPPDの開発に繋がる。実際このアイデアを採用した試作品が浜松ホトニクスにより製造され、実際に時間分解能の向上が見られたことが国際会議で発表されている。[1]H.Otono, et al.PoS PDO7:007,2006.[2]H.Otono, et al.NIMA610(2009)397-399.