2019 Fiscal Year Annual Research Report
100 nm resolution X-ray imaging detector with technology of transparent composite ceramics
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17K14142
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| Research Institution | Japan Synchrotron Radiation Research Institute |
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Principal Investigator |
亀島 敬 公益財団法人高輝度光科学研究センター, XFEL利用研究推進室, 主幹研究員 (50558046)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | X線 / シンチレーター / 固浸レンズ / 高空間分解能 / 検出器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
間接型X線イメージング検出器はシンチレーター・結像光学系・イメージセンサーで構成される。回折限界に加え、シンチレーター内の光拡散・光学系の収差等によりその空間分解能は制限される。その性能を高めるべく、光学特性の高いLuAG:Ce薄膜シンチレーターの開発を行い成功した。これによりシンチレーター内で生じる光拡散の問題を解決したが、その空間分解能は回折限界に至らずサブミクロン程度に留まっていた。そこで、分解能を制限する原因と推察されたシンチレーターを支える支持基板である無添加LuAGセラミックスで生じるデフォーカス光の除去、シンチレーターコーティングの最適化、科学計測用CMOSカメラの導入を実施し、その空間分解能を400 nm(200 nm line and space の解像)に向上させることに成功した。また、200 nmプロセスで設計された超大規模集積回路（VLSI）のX線透過像を取得し、300 nm 幅のアルミ内層配線の可視化に成功した。以上により、空間分解能を制限していた問題を解決することで回折限界の性能に至り、検出器の光学設計を定量的に行えるようになった。更なる空間分解能向上のために、薄膜シンチレーターの支持基板をレンズ加工した固浸対物レンズを提案し、その実現に向け調査・検討を実施した。LuAG:Ceよりも短い305nmの発光波長を持つLuAG:Prを検討したが、設計に用いることが出来る硝材が限られるため開口数を高めることが出来ない。520nmの発光波長を持つLuAG:Ceで検討した結果、最も高い空間分解能を持つ設計が可能とわかった。また、固浸対物レンズ設計に向けLuAGの屈折率の波長依存性（屈折率分散）を最小偏角法で計測するために30 mm角・8mm厚超のプリズム用の透明LuAGセラミックスの試作を実施し、製作に成功した。
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