Development of super high-speed X-ray spectroscopic imager based on high-resistive silicon process and capacitive-coupled interconnection method

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H04840
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 岸下 徹一 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, 准教授 (80789165)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: X線イメージャ / ASIC / モノリシックピクセル / 半導体検出器

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、高速なX線イメージャとして既存のシリコンストリップ検出器に替わり、モノリシックセンサープロセスを用いた新しいピクセル検出器を開発することにある。本年度の研究では、XFABの180 nm SOIプロセスを用いてシリコンセンサーと読み出しエレクトロニクスを単一のシリコンサブストレートに作り込んだモノリシックピクセルチップを製作し、その評価試験を行った。チップに放射線源を照射したところ、サブストレート中に電荷信号が生成されており、電荷有感型増幅器および波形整形回路によって、設計通りの出力波形が確認できた。これによって各回路ブロックの動作が実証され、プロセスに関しても基本的な知見が得られた。また、本研究で新たに開発したFPGAやADC, DACを搭載した小型のDAQボードGoSHIKの動作も同時に確認することができ、ASICチップの効率的な性能評価試験が可能となった。現在ピクセルチップからのアナログ信号をデジタル化するためのピクセル型のADCチップの評価基板の設計を進めており、今後も評価を継続していく。接合技術に関しては、スクリーンオフセット印刷技術に着目し、バンプの代替技術を模索したが、チップの物理的サイズが技術的な制約となることが実験によって明らかとなり、今後スタッドバンプ技術を用いたシステム化への重要な知見が得られた。本研究によって高速X線イメージャの構成要素であるセンサー・読み出しチップの設計環境、複数チップの接合技術に関する基本的知見、そしてデータ取得システムといった研究基盤を整えることができた。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。