2016 Fiscal Year Annual Research Report
宇宙最初期ブラックホールの探査研究を実現する衛星搭載Ｘ線精密イメージングの開拓
| Project Area | Interdisciplinary research on quantum imaging opened with 3D semiconductor detector |
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| Project/Area Number |
25109004
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
鶴 剛 京都大学, 理学研究科, 教授 (10243007)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森 浩二 宮崎大学, 工学部, 准教授 (00404393)
幸村 孝由 東京理科大学, 理工学部物理学科, 准教授 (20365505)
田中 孝明 京都大学, 理学研究科, 助教 (20600406)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | Ｘ線天文学 / 宇宙物理 / Ｘ線 / 検出器 / SOI |
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙最初期に誕生する超巨大ブラックホール「ファーストブラックホール」を探査・研究し，銀河も含めた形成と進化を読み解くことが本研究の科学的最終目標である．現在宇宙X線観測で主流のX線CCDでは読み出し速度が遅く，非同時計数によるバックグラウンド除去ができないので，科学目標に必要な微弱な天体のX線精密分光撮像が不可能である．そこでイベント駆動X 線SOIピクセル検出器(SOIPIX)を開発する．
実際のサイエンス実験にも使用可能な25mm×15mmサイズのXRPIX5をフレーム読み出しで動作させることに成功し，場所による性能変化がほとんどないことを確認した．XRPIX5の改良版であるXRPIX5bのプロセスを行なった．
この素子を最大4枚重ねて，偏光Ｘ線検出実験などを行うことを目的に，読み出しシステムの開発を開始した(スタックXRPIX)．FY2017にその具体的な実験を行う予定である．
読み出しノイズの低いXRPIX3bを用いて，裏面の低エネルギーＸ線感度の評価実験を行なった．その結果，昨年の不感層厚み1μmを半減し，0.,5μmにすることに成功した．開発目標が1μmであり，目標をクリアすることに成功したことを意味する．
開発開始当初より，常温から0℃までは，温度を下げることで暗電流は下がるのだが，そこから減らない現象があった．この現象の解明に努力し，Ｘ線検出ノードでの保護回路のオフリークだろうという結論を得た．この暗電流を削減する素子の製造を行なった．
前年度までの研究で，二重化SOIウェハを用いることで読み出しノイズ性能を向上をさせる見込みを得た．そこで今年度，XRPIX6Dとしてプロセスを行い，性能評価を行なったところ，15e(rms)の読み出しノイズを得た．シングルピクセルであれば，10e(rms)である．この値は開発目標値であり，まずは目標に到達できたことを意味する．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
すでに述べた通りノイズを目標値まで下げる事，大型素子の動作に成功した，低エネルギー感度を決める裏面の不感層の厚みの目標をクリアし，スタックXRPIXの開発にも着手した．さらには，長年の課題であった暗電流が下がらない問題も解決の見通しを得た．これだけの内容を１年間で得ることができた．予想以上と言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
XRPIX5bおよびXRPIX6Dの評価を進める．特にイベント駆動での性能評価を重点的に行う．また，低出力レーザーアニールによる裏面不感層のさらなる改良，などを行う．年度後半に，5年間の開発の集大成の素子を製造する．
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