2002 Fiscal Year Annual Research Report
ゲルマニウム半導体検出器の温度特性と高分解能ピクセル型化への基礎研究
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14390062
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| Research Institution | Japan Synchrotron Radiation Research Institute |
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Principal Investigator |
豊川 秀訓 財団法人高輝度光科学研究センター, ビームライン・技術部門検出器チーム, 主幹研究員 (60344397)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 昌世 財団法人高輝度光科学研究センター, ビームライン・技術部門検出器チーム, 副主席研究員 (80360840)
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| Keywords | 放射線検出器 / 半導体検出器 / ゲルマニウム検出器 |
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| Research Abstract |
ゲルマニウム半導体素子は、優れたエネルギー分解能を有し、大体積で均一な素子の製作が可能である等の優れた特性を持つが、液体窒素温度に冷却して使用する必要がある。これは室温での禁止帯幅エネルギーが0.67eVと小さく、熱励起により伝導帯に電子正孔対がつくられる影響が大きい為である。この熱励起による暗電流は、結晶中に一様に存在し、素子体積に比例する。一方、入射放射線による真の電子正孔対は、体積には依存せずに、入射放射線の持つエネルギーに比例し、かつ数100ミクロン程度の微小領域で発生する。この事実は、数100ミクロンサイズのゲルマニウム検出器では、暗電流は著しく軽減され、常温又は弱冷却で動作する可能性を示唆する。今年度の本研究の目的は、微小ゲルマニウム結晶のダイオード特性の温度特性を測定し、ピクセル型化への基本情報を得る事である。
設備備品として、温度特性評価の要の機器である液体窒素クライオスタットを購入した。これ用いて、液体窒素温度から室温の範囲でゲルマニウム素子温度を制御し、ダイオード特性を測定した。評価用ゲルマニウム素子としては、1mm角の立方体形状と直径14mm×厚さ1mmの円柱状の結晶に9mm径の電極を形成したものとの2つの形状の素子をP型、N型ゲルマニウム素材を用いて製作した。特に、1mm角の立方体形状のP型ゲルマニウムでは、室温(22℃)で暗電流が約50マイクロアンペアという良好な結果が得られた。この結果は、ピクセル型化する際の基本的サイズは0.2mm×0.2mm×0.3mmで、単純な体積比から150ナノアンペアに相当する。この基本サイズは、スイスのパウル・シューラー研究所(PSI)で開発された読み出し回路系に相当し、この回路の動作試験を1月にPSIに於いて行った。
また、今年度の結果のまとめとして、3月末に神奈川大学で開催された応用物理学会に於いて、「ゲルマニウム検出器の温度特性」という表題で口答発表を行った。
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