2017 Fiscal Year Annual Research Report
ダイヤモンドを用いた次世代半導体ピクセル検出器の開発と高性能化研究
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16H03990
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
田中 真伸 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 教授 (00222117)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金子 純一 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (90333624)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド検出器 / ピクセル / 集積回路 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
世界的にも加速器ビームの高強度化・高輝度化がトレンドになっているなか、本研究は、その加速器ビームを利用した実験の要求に充分耐えうる耐環境性能（放射線耐性を含む）と高速応答を兼ね備えたダイヤモンドピクセル検出装置実用化のための技術基盤を確立し、従来のピクセル検出器の性能を大きく向上させることを目的とする。現在まで具体的は以下の研究の柱を立て進めてきた。それぞれについて現在までの実績を示す。
A)良質なダイヤモンド結晶を定常的に製作するため装置改良：北海道大学の製造装置の改良を経てダイヤモンド基板を製作し、それを用いて放射線センサーを製作し電荷収集効率100%に近い値を達成した。
B)ダイヤモンド検出器の製作と耐放射線性能評価：小型ピクセル電極生成プロセスの評価を行なっており、200ミクロン角の電極を持つピクセルセンサーの動作は確認できた。ただし表面平坦度と使用プロセスに関しては更なる試験が必要であることが明確になった。一方耐放射線性能にかんしては、10^14陽子/cm^2mまで電荷収集効率は全く変化ないことが確認されたが、電極の製作プロセスによって性能バラツキを確認した。
C)ピクセル読み出し用半導体プロセスの評価とピクセル検出器読み出し集積回路の製作：超微細CMOSプロセスを使用しトランジスタを製作し耐放射線評価を行い、静特性に関して10Mrad以上であることを確認した。並行してダイヤモンドピクセル検出器用読み出し集積回路を製作し動作を確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
A)良質なダイヤモンド結晶を定常的に製作するため装置改良
放射線センサーを製作し電荷収集効率100%に近い値を達成したため、この部分に関しては当初の計画を達成した。
B)ダイヤモンド検出器の製作と耐放射線性能評価
小型ピクセル電極生成プロセスの評価を行ないピクセルセンサーの動作は確認できた。よってこの部分も当初の目的を達成した。一方この科研費の想定した研究内容を超えてしまっているが、表面平坦度と使用プロセスによって性能バラツキを確認したためこの部分の追求を、残された時間この科研費の枠内で追求して行く。
C)ピクセル読み出し用半導体プロセスの評価とピクセル検出器読み出し集積回路の製作
超微細CMOSプロセスを使用しトランジスタを製作し耐放射線評価を行なったこと。並行してダイヤモンドピクセル検出器用読み出し集積回路を製作し動作を確認したことによりほぼ本科研費の目標は達成できているが、さらなる耐性の試験などを追加し研究を進めて行く必要性が見えてきた。
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| Strategy for Future Research Activity |
A)良質なダイヤモンド結晶を定常的に製作するため装置改良
この部分は目的を達成したため、完了した。今後北海道大学と連携し大型化、厚膜化、量産化の課題を議論し次年度以降の科研費申請に備える。
B)ダイヤモンド検出器の製作と耐放射線性能評価
ダイヤモンドピクセルの開発には成功したが、量産に向けたピクセル製作プロセスの条件だし等のパラメータの追い込みが不十分であることが明確になってきた。今後北海道大学と連携し大型化、厚膜化、量産化の課題を議論し次年度以降の科研費申請に備える。
C)ピクセル読み出し用半導体プロセスの評価とピクセル検出器読み出し集積回路の製作
ほぼ本科研費の目標は達成できているが、将来の耐放射線性能を持つセンサー開発に繋げるために。放射線耐性の限界を測定することを目的として、主にこの研究に集中する。
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Research Products
(8 results)
