シリコン検出器上に直接形成されたCMOS回路の高速熱窒化法による耐放射線化の研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09354003
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 池田 博一 高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教授 (10132680)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 福永 力 東京都立大学, 教養部, 助教授 (00189961) ; 田島 宏康 東京大学, 理学部, 助手 (80222107) ; 松田 武 高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教授 (10029564) ; 奥野 祥ニ 神奈川大学, 工学部, 助手 (90281451)
• Keywords: 高エネルギー物理学 / 秘跡検出器 / シリコン検出器 / CMOS前置増幅器 / CMOS集積回路 / 高速熱窒化法 / 放射線損傷 / ラド・ハード

Research Abstract

高エネルギー物理学における将来の高輝度衝突型加速器実験への応用を目的として、シリコン・ストリップまたはピクセル検出器をそれらの読み出し回路とともに同一シリコン・ウェハー上に作り込むための基礎技術の開発を行った。昨年度の懸案であったウェハー面内での素子特性の均一化の問題について、半導体プロセスの観点から改良を加えた結果、一定の改善を得ることができた。本改良に基づいて、シリコンストリップ検出器用に設計された多チャンネルCMOS前置増幅回路を制作し、その機能試験、及び雑音性能において飛躍的な改善を得ることができた。これは0.8ミクロンプロセスを採用したことによる直接的な成果である。具体的には1.2ミクロンプロセスによるCMOS前置増幅回路の雑音性能との比較で入力容量の増加に対する雑音電子数の増加(以下、雑音スロープと言う)を半分以下(具体的には、10e/pF)にすることができたことである。これは、本集積回路の具体的応用の可能性を拡大するものとして期待することができる。さらに、耐放射線耐性についてセシウム137からのガンマ線を用いて雑音性能の劣化について調査した。照射後の雑音特性を単位照射量あたりの雑音スロープの増加量は1.2ミクロンプロセスによるCMOS前置増幅回路との比較において1/10以下(具体的には、0.06e/pF/krad)となっていることが判った。これは、本集積回路が高輝度衝突型加速器実験における過酷な放射線環境においても有用性を維持することができることを示すものである。

Research Products

• [Publications] K. Adachi: "Measurement of the jet width in γγcollisions and e^+e^- annihilation process at TRISTAN"Phys. Lett.. B451. 256-266 (1999)
• [Publications] N. Ota: "Thick and large area PIN diodes for hand X-ray astronomy"Nucl. Instr. & Meth. A346. 291-296 (1999)
• [Publications] Y. Tsujita: "Parallel-processing diagnostic program for a transputer-based readout system"Japan Journal of Appl. Phys.. 38. 6498-6501 (1999)