Research and development of the next generation diamond pixel sensor

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H03990
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• 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)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 金子 純一 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (90333624)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: ダイヤモンド / 放射線検出器

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。
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ため、当初の計画を達成できている。
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。当初の目標であるピクセル検出器開発は達成できたが、ダイヤモンドの厚さ、平坦性に対する電極の生成プロセスの最適化は今後の課題となる。
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：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100Mrad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ことにより本科研費の目標は達成できた。本研究の現在応用範囲を拡大させるために1Gradを目標に放射線耐性等の環境耐性を調査中である。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。