2016 Fiscal Year Research-status Report
多層化SOIピクセル検出器による電子飛跡型半導体コンプトンカメラの開発
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15K17648
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| Research Institution | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
武田 彩希 宮崎大学, 工学部, 助教 (40736667)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | コンプトンカメラ / 電子飛跡 / ピクセル検出器 / 半導体検出器 / silicon-on-insulator / 宇宙ガンマ線観測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在，硬X線からMeVガンマ線領域の宇宙観測は発展途上である．この分野を切り拓くには，観測装置の性能向上が鍵となる．ガンマ線の検出手法としては，固体素子のコンプトンカメラが知られているが，もしコンプトン散乱の電子飛跡を検出し，同期計測が可能であれば性能はさらに飛躍する．本研究の目的は，私が宇宙X線観測用に研究開発を進めてきたイベント検出タイミング・位置情報が出力可能な「イベント駆動型SOIPIX」をベースとし，高速かつ高精度にガンマ線の到来方向を決定することが可能な「電子飛跡型半導体コンプトンカメラ」を実現することである．特に，この手法によるコンプトンカメラの原理実証，問題点の洗い出しとその解決方法を探ることを中心に進める．二年目である平成28年度は下記の成果を得た．
(1) 分光性能向上のための研究開発：電子飛跡を精度良くとらえるためには分光性能の向上が重要な開発項目となる．今年度はピクセル構造の研究開発を進め，プロトタイプ素子を設計した．その結果，単一ピクセルでの読み出しノイズが10電子となり（これまでは35電子），性能が大きく飛躍した．(2) 大面積素子の研究開発：コンプトンカメラをはじめとし，実際の実験で使用するには素子の大面積化が不可欠である．昨年度設計した大面積素子の評価試験の結果，問題無く動作することが確認できた．これらの成果は，国内外の学会で発表を行った．(3) クロストークの抑制：ピクセル内コンパレータ動作時に起こるアナログ信号への影響をダブルSOIウェハーという新技術の適用により解決の見込みを得た．(4) 電子飛跡型半導体コンプトンカメラのプロトタイプ設計：本研究の中心となる，電子飛跡型半導体コンプトンカメラのプロトタイプとして多層化基板を設計した．(2)で動作を確認した大面積素子を採用した．これにより，次年度に実機を使った実験を行う準備が整った．
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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
既に述べた通り，電子飛跡型半導体コンプトンカメラのプロトタイプ実現へ向け，大面積素子の動作に問題無いことが確認でき，多層化基板の設計も完了した．これは，計画を遂行する上で順調な進展があったと言える．さらに，ピクセル構造の研究開発により低ノイズ化の成功と分光性能に大きな飛躍があったこと，ダブルSOIウェハーによりクロストークの抑制に見込みを得たことで，当初の計画以上の進展があった．
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度である次年度は，電子飛跡型半導体コンプトンカメラのプロトタイプとして設計した多層化基板を用いた実験を中心に行う．実際に組み上げたシステムで全素子からの信号を統合し，データを収集する．これにより，この手法によるコンプトンカメラの原理実証，問題点の洗い出しとその解決方法を探る．また，素子の基礎開発も並行して継続する．ピクセル構造の改良による分光性能向上やイベント駆動読み出しの性能向上について研究開発を進める．
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| Causes of Carryover |
当初予定していた基板購入に一部変更があったため，次年度使用額が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度へ持ち越した研究費は，今年度使用するはずだった基板購入に充てる予定である．それ以外の用途については当初申請した通りに用いる予定である．
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[Journal Article] The first back-side illuminated types of Kyoto's X-ray astronomy SOIPIX2016
Author(s)
M. Itou, T. G. Tsuru, T. Tanaka, A. Takeda, H. Matsumura, S. Ohmura, H. Uchida, S. Nakashima, Y. Arai, I. Kurachi, K. Mori, R. Takenaka, Y. Nishioka, T. Kohmura, K. Tamasawa, C. Tindall
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Journal Title
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A
Volume: 831
Pages: 55-60
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Reduction of cross-talks between circuit and sensor layer in the Kyoto’s X-ray astronomy SOI pixel sensors with Double-SOI wafer2016
Author(s)
S. Ohmura, T. G. Tsuru, T. Tanaka, H. Uchida, A. Takeda, H. Matsumura, M. Itou, Y. Arai, I. Kurachi, T. Miyoshi, S. Nakashima, K. Mori, Y. Nishioka, N. Takebayashi, K. Noda, T. Kohmura, K. Tamasawa, Y. Ozawa, T. Sato, T. Konno, S. Kawahito, K. Kagawa, K. Yasutomi, H. Kamehama, S. Shrestha, K. Hara, S. Honda
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Journal Title
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A
Volume: 831
Pages: 61-64
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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