無冷却X線半導体検出器の基礎開発

• Project/Area Number: 08740177
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Astronomy
• Research Institution: Kanagawa University
• Principal Investigator: 吉田 賢二 神奈川大学, 工学部, 助手 (90260984)
• Project Period (FY): 1996
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1996)
• Budget Amount: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 1996: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: X線検出器 / ダイヤモンド検出器 / 放射線検出器

Research Abstract

いままでのX線天文衛星に搭載された、あるいは予定のX線半導体検出器にはCCDやポロ-メタがあるが、CCDでも-60℃、ボロメータにいたっては0.1Kという極低温にまで冷却する必要がある。このため、検出器の低温度制御に大きな労力を費やす必要があった。この研究では高温下でも使用でき、冷却を必要としないX線半導体検出器の開発を行なった。
常温でも使用するためには、エネルギーバンドギャップの広い半導体素材を用いる必要があるが、地球上で最も大きなエネルギーバンドギャップをもつ素材はダイヤモンド(5.5eV)であり、現在考えられるどのような化合物半導体でもエネルギーバンドギャップが5eVを越える物質は存在していない。また、ダイヤモンドは結晶格子間の結合エネルギーが高いため放射線損傷に強い可能性があり、人工衛星に搭載するなど宇宙空間での使用に適していることになる。
現在までに天然ダイヤモンドを含めて幾つかの種類の人工ダイヤモンドを入手し、プロトタイプ検出器を製作してきた。その結果、高純度人工ダイヤモンドは金属電極を蒸着すれば、表面障壁型放射線検出器になることを確認した。漏れ電流の測定では、室温で3000Vの逆バイアス電圧に対して30pAという漏れ電流値を得ており、Siに比べてはるかに少ない値になっている。α線照射実験ではAm-241からのα線(5.5MeV)に対して16.5keV(FWHM)というシリコン半導体検出器に匹敵するエネルギー分解能を得た。同時に、Cd-109(22.1keV)からのX線照射に対して、エネルギー分解能〜7keVでX線を検出することに成功した。