Development of electron-tracking semiconductor Compton camera with a stacked-layer silicon-on-insulator pixel detector

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K17648
• Research Institution: University of Miyazaki
• Principal Investigator: 武田 彩希 宮崎大学, 工学部, 助教 (40736667)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 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

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を実現するために必要なシステムの構築，および，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．最終年度である2017年度は下記の成果を得た．

(1) イベント駆動読み出しの研究開発：電子飛跡を高速かつ高精度にとらえるためにはイベント駆動による分光性能の向上が重要な開発項目となる．昨年度開発したダブルSOIウェハーを適用したピクセル構造による評価試験を進めた．その結果，これまで課題であったクロストークが抑制できたことにより，分光性能が大きく飛躍した．これらの成果は，国内外の学会で発表を行った．(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．今年度は，開発済みの大面積素子によるイベント駆動読み出しを成功させた．また，ダブルSOIウェハーを適用したピクセル構造による大面積素子の設計を行った．(3) 電子飛跡型半導体コンプトンカメラ用多層化基板の開発：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製造した．(2)の大面積素子によるスペクトル取得に成功した．

Research Products

• [Journal Article] A Low-Noise X-ray Astronomical Silicon-On-Insulator Pixel Detector Using a Pinned Depleted Diode Structure (2018)
  • Author(s): H. Kamehamai, S. Kawahito, S. Shrestha, S. Nakanishi, K. Yasutomi, A. Takeda, T. G. Tsuru, Y. Arai
  • Journal Title: Sensors Volume: 18 Pages: 27～43
  • DOI: 10.3390/s18010027
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Ｘ線天文衛星搭載用イベント駆動型SOIピクセル検出器における分光性能向上のための研究開発 (2018)
  • Author(s): 武田 彩希，森 浩二，西岡 祐介，武林 伸明，横山 聖真，福田 昂平，鶴 剛，田中 孝明，松村 英晃，立花 克裕，林 秀輝，原田 颯大，幸村 孝由，萩野 浩一，大野 顕司，根岸 康介，鑓田 敬吾，新井 康夫，倉知 郁生，中島 真也，川人 祥二，香川 景一郎，安富 啓太，亀濱 博紀，Sumeet Shrestha，他SOIPIXグループ
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] 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 (2018)
  • Author(s): 武田 彩希，田中 孝明，鶴 剛，立花 克裕，林 秀輝，原田 颯大，島添 健次，中田 直樹，上ノ町 水紀，水町 祐貴，小貫 良行，新井 康夫，他SOIPIXグループ
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] Development and Evaluation of an Event-driven SOI Pixel Detector for an X-ray Astronomy (2017)
  • Author(s): A. Takeda, K. Mori, Y. Nishioka, N. Takebayashi, S. Yokoyama, K. Fukuda, T. G. Tsuru, T. Tanaka, H. Uchida, H. Matsumura, M. Itou, S. Ohmura, K. Tachibana, H. Hayashi, T. Kohmura, K. Oono, K. Negishi, K. Yarita, Y. Arai, S. Nakashima, S. Kawahito, K. Kagawa, K. Yasutomi, H. Kamehama, S. Shrestha
  • Organizer: 19th International Workshops on Radiation Imaging Detectors (iWoRi D2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] X線天文衛星搭載を目指したSOIピクセル検出器の大面積素子におけるイベント駆動読み出しの評価 (2017)
  • Author(s): 武田 彩希，森 浩二，西岡 祐介，武林 伸明，横山 聖真，福田 昂平，鶴 剛，田中 孝明，松村 英晃，立花 克裕，林 秀輝，原田 颯大，幸村 孝由，大野 顕司，根岸 康介，鑓田 敬吾，新井 康夫，中島 真也，川人 祥二，香川 景一郎，安富 啓太，亀濱 博紀，Sumeet Shrestha，他SOIPIXグループ
  • Organizer: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [Presentation] 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 (2017)
  • Author(s): 武田 彩希
  • Organizer: Open-It 物理計測技術若手の会・若手研究会
• [Presentation] Design and Development of an Event-driven SOI Pixel Detector for X-ray Astronomy (2017)
  • Author(s): A. Takeda, K. Mori, Y. Nishioka, N. Takebayashi, S. Yokoyama, K. Fukuda, T. G. Tsuru, T. Tanaka, H. Uchida, H. Matsumura, K. Tachibana, H. Hayashi, S. Harada, T. Kohmura, K. Hagino, K. Oono, K. Negishi, K. Yarita, Y. Arai, I. Kurachi, S. Kawahito, K. Kagawa, K. Yasutomi, H. Kamehama, S. Shrestha, S. Nakanishi
  • Organizer: 11th International “Hiroshima” Symposium on the Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors (HSTD11) and 2nd Workshop on SOI Pixel Detectors (SOIPIX2017)
  • Int'l Joint Research