2010 Fiscal Year Annual Research Report
素粒子物理学実験Belle2実験のためのSOI検出器を用いた放射線試験
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22740136
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小貫 良行 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教 (40415120)
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| Keywords | SOI / 半導体検出器 / シリコン / 放射線 |
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| Research Abstract |
現在のシリコン放射線検出器では高抵抗の検出器用シリコンウェハーの中に高性能な信号読み出し回路を実装することは不可能であった。しかしSOI技術を用いれば読み出し集積回路と検出器が単一チップで一体化された高機能で高速、非常に薄い夢の検出器が実現できる。SOI検出器は一般的にSEE呼ばれる放射線損傷に強いことが分かっている。しかし、TIDと呼ばれる蓄積性の放射線損傷に関しては厚い埋め込み酸化膜によってあまり強くないことが知られている。SOI検出器を放射線検出器として応用するには放射線耐性の向上と、放射線検出器としての実証試験が必要不可欠である。
当該年度において予定通り、SOIトランジスタTest Element Group (TEG)を用いて放射線耐性の評価試験を実施した。X線の他に電子線照射を行い、トランジスタ閾値電圧がシフトすることを確認した。これは埋め込み酸化膜に正電荷が蓄積してゲート閾値電圧が変動すると理解されている。このことからTEGのBuried P-well (BPW)の電位を負に落とすことで正電荷をゲートから遠くにドリフトさせることによりゲート閾値電圧の変動を小さくなることが予想される。実際にX線損傷試験をしたところシフトが小さくなり、耐性が向上していることが分かった。これによって我々の理解が正しいことが判明した。来年度に放射線検出器としての実証試験を行う予定ではあったが、計画を前倒しし本学電子光理学研究センターの高エネルギー荷電粒子ビームを用いて本学、高エネ研、阪大、筑波大、総研大の共同実験を組織し飛跡再構成実験を実施した。SOIピクセル検出器INTPIX3bとCNTPIX4を合計5層配置し、動作を同期させ、ビームが5層を貫いた53万事象を取得した。データを解析したところ、荷電粒子ビームの飛跡を捕らえることに成功し、SOIピクセル検出器初の放射線の飛跡再構成に成功した。
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