2022 Fiscal Year Annual Research Report
Realisation of 4D Semiconductor Tracker with Fine Spatial and Time Resolutions
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19H04393
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
原 和彦 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (20218613)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 浩二 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, 助教 (00554479)
海野 義信 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, その他部局等, 名誉教授 (40151956)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | AC-LGAD / 4次元検出器 / シリコン検出器 / アバランシェ増幅 / 高時間分解能 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
位置分解能にすぐれたシリコン半導体検出器に加え時間分解能にも優れたAC-LGAD検出器を開発している。これにより将来の高輝度加速器実験で予想される高い粒子密度状況下でも飛跡検出を可能とする4次元飛跡検出を構築することが研究の最終目標である。AC-LGADは、増幅層となる濃いpn接合部と信号読み出し電極とを酸化膜で隔て、信号読み出しをAC的に行う新しいタイプのLGAD(low-gain avalanche diode)検出器で、一様性な増幅層のため、一様な時間分解能が期待できる。
前年度までの試作品の評価結果を論文としてまとめ、2022年度ではセンサーの厚みを20, 30, 50μmの3種類で試作し、時間分解能に対するランダウ効果の影響を評価した。この測定ではベータ線を用いて時間分解能が10ps程度のMCP-PMTを時間基準として時間分解能を評価し、ノイズによる時間分解能（ジッター効果）評価にはランダウ効果のない赤外パルスレーザーを用いた。薄いセンサーほどランダウ効果の影響が小さいことが判明した。年度末には、米国フェルミ研究所の120GeV陽子を用いたビーム試験を行った。ベータ線や低エネルギーの電子ビームでは評価しにくい位置分解能や時間分解能に関するデータを取得し現在解析中である。
LGADの放射線耐性の向上に関して浜松ホトニクスと共同で2つの方法を評価した。（１）増幅層p濃度が照射によって減少する主因に関し、予めボロンを多く注入し、実効的ｐ濃度を調整するためにリンも注入した補償法。（２）照射によて非活性化されたボロンが基板中の酸素と結合しドナーレベルを生成する要因に関し、予め非活性ボロンを残すことで酸素との結合を促進させる部分非活性ボロン法。東北大CYRICで陽子線を照射した結果、有効性は（１）は小さいが（２）は極めて有望であると判明した。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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