革新的単光子検出センサーの動的デバイスシミュレーションの創成

创建创新型单光子探测传感器的动态器件模拟

• 批准号: 20654021
• 负责人: 山下 了
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-20654021/
• 关键词: 超精密計測; 放射線、X線、粒子線; 素粒子実験; 量子エレクトロニクス; シミュレーション工学; 光センサー; 光量子; 検出器; 電子デバイス; 半導体; シミュレーション; 素粒子; 電子工学

本研究の主題である光子検出センサー(PPD)は多数の微細なAvalanche-Photo-Diodeのピクセルを持ち、これをGeiger-modeで動作させることで「光子を感知したピクセルの数によって入射した光子総数を数える」という新しい計測原理を持つ。研究の主眼はこれまで困難であった内部構造を取り入れたデバイスシミュレーションを創成することにある。本年度の研究において、まず特に重要な増幅機構およびノイズの発生源に関し2つの論文をNucl.Instrum.Meth.Aに投稿し掲載された。ここでは波形を調整し時間計測精度を上げうる構造とノイズを押さえつつ増幅率を向上させる可能性を持つ新しい構造の提案を行った。これと並行し、本格的に実際の電場構造を模擬したセンサーをプロセスシミュレーターで再現し、デバイスシミュレーションを構築していった。結果として、遂に研究目標であるプロセス・デバイスシミュレーターにより新型光検出器の基本特性の再現に至った。今まで国内のどの研究機関でも成し遂げなかった数値シミュレーションによるガイガーモードでの増幅過程の特性再現の成功であり、これは極めて大きな成果であった。デバイスシミュレーターでは基本特性として電子・ホールの移動、雪崩現象による増幅、物性によるノイズ生成機構、出力に関する電圧依存、温度特性、波形の再現ができるところまで進展した。また、我々が発見した検出器の出力波形に関するメカニズムを実際に取り入れた試作センサーが浜松ホトニクスにより開発され、時間特性を良くしたデバイスとしてメーカー側から国際会議でも発表された。今後の課題として、時間を追った解析において一部の不安定な動作が見られることがわかった。これは今後のこのセンサーでの主要研究課題のひとつとなる。

The main topic of this study is photon detection device (PPD), which is a new measurement principle for most of the fine Avalanche-Photo-Diode. It is difficult to get the internal structure of the main eye. Two papers related to this year's research, which is important for increasing the size of institutions and developing students in the United States, were published in Nucl.Instrum.Meth.A. The waveform is adjusted to the accuracy of time measurement. The structure is adjusted to the amplitude. The possibility is adjusted to the new structure. In parallel, the electric field structure of this cell is simulated. Results: The purpose of this study is to explore the basic characteristics of new optical detectors. The successful reproduction of the characteristics of the amplitude-increasing process in China's top research institutions The basic characteristics, such as electron movement, avalanche phenomenon, amplitude, physical property, generation mechanism, voltage dependence, temperature characteristics, waveform reproduction, etc. The output waveform of the transmitter is related to the time and time characteristics of the transmitter. In the future, the problem of time and time will be analyzed. Some unstable actions will be seen. The main research topic of this paper is:

项目成果

Studies on multiplication effect of PPD, and a proposal of a new structure to improve the performance

PPD乘法效应研究，并提出一种提高性能的新结构

• 发表时间: 2009
• 期刊: Proceeding of International Conference on Technology and Instrumentation in Particle Physics(TIPP09) 1
• 作者: H.Oide;T.Murase;H.Otono;S.Yamashita
• 通讯作者: S.Yamashita

Studies on multiplication effect of noises of PPDs, and a proposal of a new structure to improve the performance

PPD噪声倍增效应的研究以及提高性能的新结构的提出

• 发表时间: 2010
• 期刊: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A : Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 613
• 作者: Kentaro Yaji;Mitsuru Shindo;八道健太郎;H.Oide
• 通讯作者: H.Oide

Study of the Mechannisms of Pixelated Photon Detector (PPD)

像素化光子探测器（PPD）的机理研究

• 发表时间: 2008
• 作者: Hidetoshi Otono;Hideyuki Oide;Takuro Murase;Satoru Yamashita and KEK Detector Technology Project
• 通讯作者: Satoru Yamashita and KEK Detector Technology Project

ピクセル型光検出器(PPD)の動作メカニズムに関する研究

像素光电探测器（PPD）工作机理研究

• 发表时间: 2008
• 作者: 音野瑛俊、生出秀行、村瀬拓郎、山下了;他
• 通讯作者: 他

On the basic mechanism of Pixelized Photon Detectors.

关于像素化光子探测器的基本机制。

• 发表时间: 2009
• 期刊: Nucl.Instrum.Meth.A 610
• 作者: H.Otono;H.Oide;S.Yamashita;T.Yoshioka
• 通讯作者: T.Yoshioka