2013 Fiscal Year Annual Research Report
X線自由電子レーザーによる超高速ナノ構造解析用検出器
| Project Area | Interdisciplinary research on quantum imaging opened with 3D semiconductor detector |
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| Project/Area Number |
25109007
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
初井 宇記 独立行政法人理化学研究所, 放射光科学総合研究センター, チームリーダー (40332176)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
阿部 利徳 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 制御・情報部門, 研究員 (10570187)
桐原 陽一 独立行政法人理化学研究所, 放射光科学総合研究センター, 特別研究員 (30584536)
工藤 統吾 独立行政法人理化学研究所, 放射光科学総合研究センター, 研究員 (40372148)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | X線自由電子レーザー / 放射光 / 半導体センサ / CMOS微細トランジスタの放射線耐性 |
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| Research Abstract |
当該年度はまず試作センサーの詳細評価を実施した。このセンサー利用して、ノイズ、応答性、固定パターンノイズなど詳細解析を実施した。これらの知見にもとづき下期に実用センサーの設計と製造に取り組んだ。本研究の要である信号電荷の分割を実現するためのMulti-Via概念の定量的理解はセンサーの信頼性を担保するために重要である。当該年度で定量的理解を実現するための測定を行った。問題が顕在化する可能性の高い1光子検出機能について調べたところ、Cd線源の1光子を確実に検出できていることを確認することに成功した。
また、このセンサーを実際に実験に使用すつためには検出器システムの開発が必要となる。そこで、センサーを高精度に冷却できるアルミニウムナイトライド製の多層セラミックパッケージを製作した。このセラミックパッケージに実際にセンサーを実装し、プラスマイナス0.5度の温度制御が可能であることを確認した。このセンサーパッケージを2個内蔵し、合計380万ピクセルを構成する検出器システムについても前倒し志手開発を実施した。その結果、カメラヘッド、読み出し基板、データ補正基板について開発を終了させることができた。
また、XFEL実験で重要となるX線照射耐性についても大量のトランジスタを酵素に評価可能なシステムの構築に成功し、測定結果のデータを格納した可視化webサービスを立ち上げた。このサービスによって新学術領域に参加するすべてのメンバーにX線照射時のトランジスタ損傷に関する基礎情報を提供し、プロセス班(A01)、デバイス班(A02)を中心に損傷の理解と改善策の検討を開始した。
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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
センサー開発についてはほぼ予定通り進捗した。予定していた詳細評価、特にシミュレーションとの対応比較については空間分解能について若干のずれがあり、26年度に引き続いて実施することとなった。これに伴い、センサーの補正方法開発についても26年度に引き続いて行うこととなった。
一方、25年度に開発予定であったセラミックパッケージについては予定通り開発を終了することができた。冷却性能についても設計通りの性能を実現した。
26年度に開発を計画していた読み出し基板、カメラヘッドについては、回路設計が予定より大幅に早く進捗したため、予算の前倒し執行を行い開発を1年前倒しして25年度に終了させることができた。またX線自由電子レーザー施設で実験するには、パルス番号の受信等のインターフェースを備えたDAQフロントエンド部の開発が必要である。これについても本年度末に終了することができた。
他の計画班との連携についても、当初予定していたセンサー応答測定に関するプロセス班(A01)、デバイス班(A02)との連携に加え、B01班を加えた共同研究体制が構築され、１）X線照射によるCMOS微細トランジスタの損傷、２）センサー内の信号電荷ダイナミクス、３）さらなる高性能化を狙った入力容量の低減について具体的な進捗を得ることができた。また、放射光D01班との共同で、我々が開発しているSOPHIASセンサーの小角散乱等の放射光実験での適用可能性を共同で検討することになり、具体的な装置の取り合い、サイエンスの可能性の検討を開始した。
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| Strategy for Future Research Activity |
センサーの性能評価に若干の遅れがあるが、検出器システムの開発全体としては当初予定に比べ約１０ヶ月前倒しで進捗している。そこで27年に予定していたX線自由電子レーザー施設SACLAで開発したセンサーを利用した試行実験を、26年度末までに実施できるようさらに前倒しをはかることになった。
また、他の計画班との連携についても更に深化をはかる。また26年度から公募班が採択されているが、公募班のなかでも我々の開発しているセンサーの適用可能性がある重粒子線治療をめざした炭素イオン場の精密評価について連携を図っていく。
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Research Products
(16 results)
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[Presentation] Total Ionization Damage Effects in Double Silicon-on-Insulator Devices2013
Author(s)
S. Honda, K. Hara, Y. Arai, T. Miyoshi, M. Ohno, T. Hatsui, T. Tsuru, N. Miura, H. Kasai, M. Okihara, M. Asano, T. Maeda, N. Tobita
Organizer
IEEE Nuclear Science Symposium
Place of Presentation
Seoul, Korea
Year and Date
20131031-20131031
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[Presentation] Current status of a 4 Mpixel Multiport CCD Detector with 8 Arrayed sensors for X-ray Free-Electron Laser Facility SACLA2013
Author(s)
S. Ono, T. Kameshima, K. Ozaki, K. Kobayashi, T. Kudo, Y. Kirihara, T. Abe, M. Yamaga, T. Horigome, T. Hatsui
Organizer
IEEE Nuclear Science Symposium
Place of Presentation
Seoul, Korea
Year and Date
20131030-20131030
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