| Project/Area Number |
24K07078
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
橋本 義徳 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, シニアフェロー (10391749)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青野 祐美 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (80531988)
岸村 浩明 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 電気情報学群, 教授 (40535332)
佐藤 洋一 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 教授 (10537963)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2026: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 薄膜半導体 / アモルファス窒化炭素 / 二酸化チタン / 粒子検出器 / 二次電子 / ビームハロー / 2次電子 / アモルファス窒化炭素薄膜 / 酸化チタン薄膜 |
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| Outline of Research at the Start |
2次電子による高エネルギー量子ビーム（GeVクラス陽子や、100 MeV以上の重イオンなど）の検出において、2 ミクロン以下の厚みを目標としたアモルファス窒化炭素薄膜及び酸化チタン薄膜による薄膜半導体検出器を開発し、2次電子の検出効率を1000 倍程度以上に高める。2 ミクロン 以下などの厚みの検出器では、ビームはほとんどロスせずに通過することができるため準非破壊型検出器である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
原理検証を行う薄膜半導体として、a-CNx薄膜とTiO2薄膜の試験製作を進めた。また、原理検証実験のための準備を進めた。
a-CNx薄膜の作製では、スパッタターゲット近傍のガス圧を高めて高エネルギーのスパッタ粒子を用いて成膜を行う圧力勾配式反応性高周波マグネトロンスパッタ法を用いた場合と通常のスパッタ法の2種類の方法で作製を進め、その化学結合状態および二次電子収量を調べた。基板近傍のガス圧を16 Paと高めに設定するとスパッタ法の違いが窒素含有率や化学結合状態にほとんど影響を及ぼさないことが分かった。投入電力の違いは、300 Wで作製したa-CNx薄膜において、それ以下の投入電力で製作した膜よりも二次電子収量に大きな増加があることを確認した。a-CNx薄膜は、スパッタ方法と投入パワーを変えて計13サンプルを製作した。また、将来の大面積薄膜生成のために、5 cm 角基板に一様に成膜できるスパッタ装置に改良した。
TiO2の作成では、20 μm厚さのTi箔を電気炉中で大気下の720℃以上で3時間加熱することで完全にTiO2となることを確認した。試料表面は粗大粒子からなる薄い板で構成され、その薄板が重なった構造であることを確認した。さらに、X線自由電子レーザーSACLAのBL3（EH5）において、作製したTiO2薄膜に対してのレーザー衝撃圧縮実験を実施し、次の結果を得た。（１）作製されたTiO2は全面的にルチル型構造。（２）波長532 nm、パルス幅5 ns、7Jの強度のレーザー照射で、TiO2中に高圧力パルスが進展。（３）レーザー照射後7 nsで結晶構造に変化が見られ、11 nsではルチル型構造から変化した高圧力相と初期ルチル型構造が混在。
原理検証実験に向けての薄膜半導体の特性測定の準備、及び1 keV電子ビームの照射基板サポートなどの準備を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
a-CNx薄膜の作製では、スパッタターゲット近傍のガス圧を高めて高エネルギーのスパッタ粒子を用いて成膜を行う圧力勾配式反応性高周波マグネトロンスパッタ法を用いた場合と通常のスパッタ法の2種類の方法で作製を進め、その化学結合状態および二次電子収量を調べた。継続して2次電子収量の多いパラメータがわかってきた。また将来の大面積薄膜生成のために、5 cm 角基板に一様に成膜できるスパッタ装置に改良した。作製したサンプル数も13となり順調な製作状況である。
TiO2薄膜の製作では、20ミクロンのTi箔を完全にTiO2化できる条件を決めることができた。またX線自由電子レーザーSACLAのBL3（EH5）において、作製したTiO2薄膜に対してのレーザー衝撃圧縮実験を実施し、作製したTiO2が全面が熱的に安定なルチル型であることも確認した。レーザー衝撃圧縮では、照射後の結晶の変化を調べ高圧力相の発現を確認した。このようなTiO2のレーザーによる衝撃圧縮の実験は類を見ないオリジナリティある内容であった。Ti箔を完全にTiO2化できる条件を得たことは大きな前進である。
薄膜半導体の特性試験がまだ実施できていないこと、1 keV電子ビームを使った原理検証実験ができていないことが大きなマイナスである。実験準備が進んだので、2年目は特性試験から半導体としての薄膜の性能を明らかにして、より効果的な製作方法を追究する。また原理検証実験により、薄膜半導体の粒子検出器としての性能を追究する。
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| Strategy for Future Research Activity |
2年目は特性試験を実施し、半導体としての薄膜の性能を明らかにする。また原理検証実験により、薄膜半導体の粒子検出器としての性能を追究する。これらを通して、より効果的な薄膜半導体の生成プロセスを追究する。
また、薄膜半導体として用いる場合に、電極の材質、厚み、生成方法が特性を左右する。電極生成のパラメータ追究も平行して行う。
さらに、将来へ向けての均一で大きな面積の薄膜半導体の生成方法の試験を行う。a-CNx薄膜の作製では、5 cm 角の均一照射が可能となるようにスパッタ装置の改造が行われ、これから薄膜製作が開始されるところである。TiO2では、20ミクロンのTi箔の場合の完全な生成条件が見つかっており、より薄い薄膜の作製も実施し、それらの生成条件を決める。さらに薄膜の均質性の評価と、面積を大きく取れるような作製方法を追究する。
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