炭化ケイ素ダイオードによる室温動作可能な陽子線・ベータ線検出器の開発

使用碳化硅二极管开发可在室温下运行的质子和 β 射线探测器

• 批准号: 09J07821
• 负责人: 岩本 直也
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: The University of Electro-Communications
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J07821/
• 关键词: 炭化ケイ素; ダイオード; 高エネルギー粒子検出器; 電荷収集特性; 結晶欠陥; 粒子検出器; 電荷収集量; 電荷収集メカニズム; アルフア線; ベータ線; 欠陥; 放射線

炭化ケイ素(SiC)ダイオードの粒子検出特性(電荷収集特性)と結晶欠陥の関係を明らかにすることを目的として研究を行った。この研究は、放射線耐性に関するものであり、SiCダイオードを高エネルギー粒子検出器として実用化するために必要不可欠である。はじめに、ダイオードの電荷収集特性に影響を及ぼす欠陥を検出するための新たな手法としてAlpha Particle Induced Charge Transient Spectroscopyを開発した。本手法は、ダイオードに高エネルギー粒子が入射した際の電荷収集過程を詳しく解析することで欠陥を検出するものであり、従来の欠陥評価手法に比べ、電荷収集特性と欠陥を直接関連付けることができるという点で優れている。次に、高エネルギーの電子線照射により意図的に欠陥を導入したSiCダイオードについて、本手法を用いた欠陥評価を行った。その結果、電子線照射によって形成される欠陥のうち、Eiと呼ばれる欠陥のみが電荷収集特性を劣化させる原因であることが分かった。また、欠陥Eiは、SiC結晶中から炭素原子をはじき出すのに必要なエネルギー以上の電子線を照射した場合に検出されることから、SiC結晶中の炭素原子に関係した欠陥であると考えられる。さらに、欠陥Eiは、比較的低温である200℃程度の熱アニールによって消滅し、電荷収集特性は電子線照射前まで回復することが分かった。これまで高エネルギーの電子線照射などによってSiCダイオード中に欠陥が形成されることで、その電荷収集特性が劣化することは知られていたが、電荷収集特性を劣化させる原因となる具体的な欠陥は特定されていなかった。この点について、本研究によって初めて明らかになった。

进行研究的目的是阐明粒子检测性能（电荷收集性能）与碳化硅（SIC）二极管的晶体缺陷之间的关系。这项研究是关于辐射抗性的，对于将SIC二极管作为高能量颗粒探测器的实际应用至关重要。首先，我们开发了α粒子诱导的电荷瞬态光谱，作为检测影响二极管电荷收集特征的缺陷的新方法。当高能量颗粒进入二极管时，该方法通过密切分析电荷收集过程来检测缺陷，并且优于常规缺陷评估方法，因为它可以直接链接电荷收集特性和缺陷。接下来，使用此方法对SIC二极管进行了缺陷评估，这些SIC二极管通过照射高能电子束有意引入缺陷。结果，发现在电子束照射形成的缺陷中，只有称为EI的缺陷是电荷收集特征恶化的原因。此外，当电子束超过从SIC晶体中排出碳原子所需的能量时，检测到缺陷EI，因此被认为是与SIC晶体中碳原子相关的缺陷。此外，发现缺陷EI通过约200°C的热退火消失，这是相对较低的温度，并且电荷收集特性恢复到电子束辐照之前。到目前为止，众所周知，由于高能量电子束照射而在SIC二极管中形成缺陷，类似的缺陷会降低电荷收集特性，但是没有发现引起电荷收集特性的特定缺陷。这项研究首次揭示了这一点。

项目成果

Defects in an Electron-Irradiated 6H-SiC Diode Studied by Alpha Particle Induced Charge Transient Spectroscopy : Their Impact on the Degraded Charge Collection Efficiency

通过阿尔法粒子诱导电荷瞬态光谱研究电子辐照 6H-SiC 二极管中的缺陷：它们对电荷收集效率下降的影响

• 发表时间: 2012
• 期刊: Materials Science Forum
• 作者: N. Iwamoto;A. Koizumi;S. Onoda;T. Makino;T. Ohshima;K. Kojima;S. Koike;K. Uchida;S. Nozaki
• 通讯作者: S. Nozaki

Charge Collection Efficiency of 6H-SiC P^+N Diodes Degraded by Low-Energy Electron Irradiation

低能电子辐照降低 6H-SiC P^N 二极管的电荷收集效率

• 发表时间: 2010
• 期刊: Materials Science Forum 645-648
• 作者: N.Iwamoto;S.Onoda;T.Ohshima;K.Kojima;A.Koizumi;K.Uchida;S.Nozaki
• 通讯作者: S.Nozaki

Transient Analysis of an Extended Drift Region in a 6H-SiC Diode Formed by a Single Alpha Particle Strike and Its Contribution to the Increased Charge Collection

由单次 Alpha 粒子撞击形成的 6H-SiC 二极管中扩展漂移区域的瞬态分析及其对增加电荷收集的贡献

• 发表时间: 2011
• 期刊: IEEE Transactions on Nuclear Science
• 影响因子: 1.8
• 作者: H.Kobayashi;M.Ono;S.Matsuzaka;Y.Ohno;H.Ohno;N.Iwamoto
• 通讯作者: N.Iwamoto