Creation of particle detection technology using perovskite semiconductors

使用钙钛矿半导体创建粒子检测技术

• 批准号: 22K18717
• 负责人: 山中 隆志
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18717/
• 关键词: ペロブスカイト半導体; メチルアンモニウム臭化鉛; セシウム臭化鉛; ガンマ線検出器; 粒子検出器

今年度は購入済みの6 mm×6 mm×2 mm厚のメチルアンモニウム臭化鉛(MAPbBr3)単結晶を用いたガンマ線検出器の製作から開始した。結晶に片面に金、もう片面にはアルミニウム金属を蒸着することでショットキー接合型の素子を作成し、信号増幅・読み出しのための回路基板に実装することで結晶内を通過するガンマ線を検出するための装置が完成した。微小信号に対応した回路パラメータを選択することで、試験に用いるガンマ線が結晶内で反応して生じるパルス信号を増幅して検出可能なように調整を行い、基本的な装置開発を完了した。製作した検出器にて可視光に対する応答が確認され、太陽電池素子として動作することは確認できた。一方、ガンマ線源を用いての信号の確認を試みたが有意な信号は得られず、ノイズ未満の信号しかガンマ線由来で発生していないと結論付けた。この原因として結晶表面に蒸着した金属の内、アルミニウムが結晶表面でマイグレーションを起こし、正常な蒸着膜を形成できておらず、ショットキー接合によるノイズ抑制が働いていない可能性が疑われたため、2個目の素子では片面をガリウムに置き換えて製作した。想定通りノイズの低下が確認できたものの、ガンマ線由来の有意な信号は確認できなかった。観測されているノイズは結晶素子に印可するバイアス電圧に相関して増えることが確認され、電気回路ではなく結晶本体から生じていると考えられたことから結晶を2 mm×2 mm×1 mm程度の小片に分割して素子を再製作し、ガンマ線信号の検出を試みた。ノイズのさらなら低下を確認でき、計算上はガンマ線エネルギーから推定される信号量以下に抑えられたが有意な信号の確認には至らなかった。同様の試験を追加で入手したペロブスカイト型結晶であるセシウム臭化鉛(CsPbBr3)でも行ったが、こちらでも有意なガンマ線信号は得られなかった。

今年，我们开始使用购买6 mm x 6 mm x 2 mm厚甲基铵溴化甲基铵的单晶制造伽马射线检测器（MAPBBR3）。通过在另一侧的晶体和铝金属的一侧沉积金，并将其安装在电路板上以进行信号放大和读取，从而创建了肖特基连接装置，该设备已完成，以检测通过晶体穿过晶体的伽玛射线。通过选择与小信号相对应的电路参数，对晶体中测试反应中使用的伽马射线产生的脉冲信号进行了放大和调整，以便可以检测到它们，从而完成基本设备的开发。制造检测器以确认对可见光的响应，并确认它可以作为太阳能电池元件操作。另一方面，我们试图使用伽马射线源确认信号，但没有获得明显的信号，我们得出的结论是，只有从伽马射线产生的信号小于噪声。这就是原因，这是沉积在晶体表面上的金属中的铝，导致在晶体表面迁移，导致不形成正常的沉积膜，并且怀疑由Schottky交界处引起的噪声抑制噪声不起作用，因此第二个元素的一侧被镀金替换。尽管降低降噪如预期的确认，但无法确认来自伽玛射线的显着信号。有人证实，观察到的噪声与适用于晶体元件的偏置电压有关，被认为是从晶体体而不是电路起源于电路的，因此将晶体分为小块，分为约2 mm x 2 mm x 1 mm的小块，并重新设计了设备，并且尝试了伽马射线信号来检测γ-ray信号。可以看到进一步的噪声减少，在计算中，它保持在γ射线能量估计的信号量以下，但没有确认明显的信号。使用钙钛矿型晶体溴化邻氨基溴化物（CSPBBR3）进行了类似的测试，并在此处获得了明显的伽马射线信号。