2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of a semiconducting diamond for neutron imaging
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20K14776
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
増澤 智昭 静岡大学, 電子工学研究所, 講師 (40570289)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド / 放射線検出器 / 中性子 / ホウ素添加 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，持ち運び可能な機材による中性子イメージングを実現するため，ダイヤモンドを用いた中性子センサを提案する．熱中性子を効率良く検出できるホウ素(B-10)の中性子捕獲反応に着目し，ホウ素を高濃度に含む半導体ダイヤモンドを用いることで高感度化を図る．さらに，ホウ素と窒素の補償ドーピング技術を応用して高感度と低ノイズを同時に実現する．従来の結晶材料を用いるセンサと比べて大面積のフラットパネルセンサが可能となり，中性子イメージングを利用した医療検査や非破壊検査への展開が期待される．以下の３つの研究目標を設定し研究を進めた。
（i）センサのための半導体ダイヤモンドの合成と評価（2020年度-2021年度前半）
（ii）電極形成などセンサ試作のための要素技術開発（2021年度）
（iii）放射線信号読み出しの実証実験（2021年度後半-2022年度）
令和２年度は、研究の第一段階としてホウ素添加ダイヤモンドをコンバーター層として用いたダイヤモンド中性子センサの試作に取り組んだ。コンバーターおよびセンサを薄膜構造にすることで、コンバーター内蔵型センサに近い動作が期待される。研究目標の(ii), (iii)のための予備実験も兼ねてセンサを試作した。その結果、多結晶ダイヤモンドを基板とし、コンバーターを内蔵した薄膜センサによる中性子信号の検出に成功した。また、ダイヤモンドへのホウ素・窒素補償ドーピングを行い、その物性を評価した。高抵抗化にはまだ課題を残すものの、当初狙いであった抵抗率の向上を実証した。今後はさらなる高抵抗化に向けて研究を展開する。
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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
計画していた補償ドーピングダイヤの作成および物性評価は順調に推移している。検出器の試作についてはホウ素添加層をコンバーターとして中性子信号の読み出しに成功しており、予想よりも順調に進行している。
全体としては概ね順調に進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
ホウ素・窒素補償ドーピングダイヤモンドの高抵抗化をさらに進め、コンバーターを追加することなく放射線信号を検出できるよう、研究を進める。放射線センサ試作は順調に進行しているため、電極の詳細な特性解析など周辺技術の開発も合わせて行う。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍で出張が不可になり、予定していた学会および出張実験がなくなったため旅費・謝金の使用がなくなった。その他に割り当てられている論文投稿費用は、現在準備中の論文投稿に支出する予定である。
物品費については、当初予定より安価な機材で実験できるようになったため、今後は予定を前倒ししているセンサ試作をさらに進めるため信号処理回路の開発に支出予定である。
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