• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Development of Semiconductor detector for TOF-PET

Publicly Offered Research

Project AreaToward new frontiers : Encounter and synergy of state-of-the-art astronomical detectors and exotic quantum beams
Project/Area Number 19H05193
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionHigh Energy Accelerator Research Organization

Principal Investigator

中村 浩二  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教 (00554479)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2019: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Keywords半導体検出器 / LGAD検出器 / 高時間分解能 / 光検出器 / LGAD / 飛跡検出器 / シリコン半導体 / 増幅機能付き半導体 / TOF-PET / PET
Outline of Research at the Start

本研究は、高エネルギー加速器実験用に開発されている世界最高レベルの高い時間分解能(30ps)を実現している増幅機能付き半導体検出器(LGAD) の医療機器への応用を目的とする。癌細胞の位置の特定に用いられる時間測定型のPET システム(TOF-PET) への導入が可能となれば、現システムの常識を覆すほどの癌細胞位置特定の精度が得られる。検出器としては、有感領域の改良と511keVガンマ線を検出するシステムが重要な開発要素となる。本検出器の開発は既に浜松ホトニクス社と共同で行っており、時間分解能および有感領域の評価方法は確立されていて、本研究では改良デバイスの開発およびその試験を行うものである。

Outline of Annual Research Achievements

次世代の高エネルギーコライダー実験に向けた高時間分解能をもつ半導体検出器の開発を行う。我々が主導的に開発している増幅機能付き半導体検出器(LGAD)は、世界最高レベルの時間分解能(約30ps)を達成していて、高エネルギー実験のみならず、他分野への応用が期待されている。2019年度から従来のLGAD検出器の位置分解能を劇的に改善する静電容量型のLGAD検出器(AC-LGAD)のプロトタイプを製造している。従来のように電極と増幅層が独立に配置されている構造では電極間に不感領域ができてしまう。これを防ぐため、一様な増幅層を配置し、酸化膜を介したアルミ電極から信号をAC的に読み出すことで不感領域をなくす。電極間での信号のクロストークを最小限にするためn+のドープ量を少なくし、抵抗値を上げた。昨年度製造したプロトタイプは高いn+抵抗値を実現し、信号サイズが大きくなり、信号の分離はノイズレート10-4に対して検出効率99.8%を達成した。これは、80umピッチのAC-LGADセンサーが完成したことを示す。この検出器を分子イメージング、医療、産業界等様々な分野に応用するために、赤外光や可視光領域に感度のある検出器を製造した。具体的にはアルミ電極をポリシリコン製の透明電極にすることで、これを実現する。アルミ電極のAC-LGADと同様の増幅層および電極の構造をもつポリシリコン製の検出器を製造し検査した。結果、赤外光に対してはほぼ100%、赤色光に対しては約60%の光透過率を実現した。今後は透過率の波長依存性や光量に対する電極の最適化等を行い実際の応用を実現していく。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (22 results)

All 2022 2021 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (4 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] FNAL/BNL/UCSC(米国)

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] IJClab(フランス)

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Fermi National Laboratory/UC Santa Cruz(米国)

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Torino(イタリア)

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] Characterization of BNL and HPK AC-LGAD sensors with a 120 GeV proton beam2022

    • Author(s)
      Heller R.、Madrid C.、Apresyan A.、Brooks W.K.、Chen W.、D'Amen G.、Giacomini G.、Goya I.、Hara K.、Kita S.、Los S.、Molnar A.、Nakamura K.、Pe?a C.、San Mart?n C.、Tricoli A.、Ueda T.、Xie S.
    • Journal Title

      Journal of Instrumentation

      Volume: 17 Issue: 05 Pages: P05001-P05001

    • DOI

      10.1088/1748-0221/17/05/p05001

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] First Prototype of Finely Segmented HPK AC-LGAD Detectors2021

    • Author(s)
      Nakamura Koji、Kita Sayuka、Ueda Tatsuki、Hara Kazuhiko、Suzuki Hisanori
    • Journal Title

      JPS Conf. Proc.

      Volume: 34 Pages: 010016-010016

    • DOI

      10.7566/jpscp.34.010016

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Development of finely segmented AC-LGAD sensors by HPK for precise timing trackers.2021

    • Author(s)
      K. Nakamura, S. Kita, T. Ueda, K. Hara
    • Journal Title

      IEEE, 28th International Symposium conference report

      Volume: 無し

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] Design of a Segmented LGAD Sensor for the Development of a 4-D Tracking Detector2020

    • Author(s)
      S. Wada, K. Hara, K.Nakamura et al.
    • Journal Title

      PoS (VERTEX2019)

      Volume: 057 Pages: 1-6

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Study of time resolution of low-gain avalanche detectors2020

    • Author(s)
      K. Onaru, S. Wada, K. Hara, K.Nakamura et al.
    • Journal Title

      PoS (VERTEX2019)

      Volume: not yet

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Evaluation of characteristics of Hamamatsu low-gain avalanche detector2019

    • Author(s)
      S. Wada, K. Hara, K.Nakamura et al.
    • Journal Title

      Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A

      Volume: 924 Pages: 380-386

    • DOI

      10.1016/j.nima.2018.09.143

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 新型LGAD検出器(AC-LGAD)の放射線耐性の不純物濃度依存性の研究2022

    • Author(s)
      植田樹
    • Organizer
      日本物理学会2022年年次大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 新型LGAD検出器(AC-LGAD)の性能評価とその改良に向けた研究2022

    • Author(s)
      北彩友海
    • Organizer
      日本物理学会2022年年次大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 新型LGAD検出器(AC-LGAD)の光検出器への応用に関する研究2022

    • Author(s)
      五屋郁美
    • Organizer
      日本物理学会2022年年次大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of finely segmented AC-LGAD sensors by HPK for precise timing trackers2021

    • Author(s)
      Sayuka Kita
    • Organizer
      IEEE, 28th International Symposium
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Overview of timing detector development at BNL/HPK/KEK/Tsukuba2021

    • Author(s)
      Koji Nakamura
    • Organizer
      The 30th International Workshop on Vertex Detectors (VERTEX)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 新型LGAD飛跡検出器(AC-LGAD)の放射線耐性に関する研究2021

    • Author(s)
      植田樹
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋季大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] テストビームを用いた新型LGAD飛跡検出器(AC-LGAD)の開発研究2021

    • Author(s)
      北彩友海
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋季大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Design of a Segmented LGAD Sensor for the Development of a 4-D Tracking Detector2019

    • Author(s)
      Sayaka Wada
    • Organizer
      The 28th International Workshop on Vertex Detectors
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Study of time resolution of low-gain avalanche detectors2019

    • Author(s)
      Kyoji Onaru
    • Organizer
      The 28th International Workshop on Vertex Detectors
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 内部増幅機能つき半導体検出器(LGAD)に関する基礎研究2019

    • Author(s)
      大鳴匡至
    • Organizer
      日本物理学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 内部増幅機能つき半導体検出器(LGAD)のビームテストに用いるテレスコープの位置分解能の評価2019

    • Author(s)
      大鳴匡至
    • Organizer
      日本物理学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 内部増幅機能付き検出器(LGAD)開発に向けた基礎研究2019

    • Author(s)
      和田 冴
    • Organizer
      日本物理学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2022-12-28  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi