2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of thermal neutron imaging sensor using BGaN semiconductor detector
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19H04394
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
中野 貴之 静岡大学, 電子工学研究所, 准教授 (00435827)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青木 徹 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (10283350)
井上 翼 静岡大学, 創造科学技術大学院, 教授 (90324334)
本田 善央 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (60362274)
小島 一信 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (30534250)
嶋 紘平 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40805173)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 中性子検出 / 半導体検出器 / イメージングセンサー / BGaN / III族窒化物半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
中性子イメージングセンサーの実現に向けて、BGaN半導体検出器の高性能化に取り組んだ。
本研究の基幹技術であるBGaN結晶成長技術について、成長圧力が結晶性に及ぼす影響を評価した。本研究で用いているB有機金属原料であるトリメチルボロン(TMB)は安定性が高いため、一般的なBGaN成長で用いられているトリエチルボロン(TEB)よりも気相反応の抑制が期待でき、成長圧力条件の範囲も広い。成長圧力依存性の評価結果より、TEBの最適成長条件よりも高い成長圧力条件にて気相反応を抑制した結晶成長が可能であり、高い結晶性を持ったBGaN結晶成長が可能であることを示唆した。
デバイス開発においては、チップサイズ依存性の評価を実施した。円形電極のサイズを1mmΦから100μmΦまで微細化することを実現した。BGaN膜厚に依存するメサエッチングの深さも約7μmで微細化を実現しており、高段差での微細化プロセスを実現している。さらに各チップサイズの放射線検出特性評価を実施した結果、検出効率がチップサイズに依存していることが確認された。下部層に移動度が低いp層を利用しているためであり、微細化により単位面積当たりの検出効率向上が確認されたことから、電極中央部で生成した電子正孔対の取り出しについてはp型層の移動度向上などが必要であることが示唆された。
電極領域に対して有効な有感層領域を設定し検出効率を評価した結果、α線検出効率および中性子検出効率が一定となる結果を得ており、BGaN層が均一な中性子捕獲を行い検出が可能であることを確認した。
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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
結晶成長技術において圧力依存性を検討したことで結晶性の向上が達成されたことから、更なる条件検討により高品質厚膜BGaN結晶の作製により、デバイス特性の向上が期待される結果を得た。
またデバイス作製において電極サイズが100μmΦのデバイス作製を実現し、更にデバイスサイズの依存性を明らかにしたことから、イメージングセンサーの実現に向けて素子開発が十分に進んでおり当初の予定通りの結果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
BGaN結晶成長技術に関しては最適成長圧力におけるV/III比依存性やTMB流量依存性を評価することで高品質高B組成BGaN結晶成長技術を達成する。また、歪緩和層の導入による厚膜成長技術を検討することにより20μm以上の厚膜成長の実現を目指す。
デバイス開発においてはp型層に共通電極を用いてマルチアレイ検出器の作製を検討する。目標とする4チャンネルでの動作を実現しイメージングセンサーとしての可能性を実証する。
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Research Products
(5 results)
