2012 Fiscal Year Annual Research Report
III族窒化物半導体を用いた中性子検出半導体の開発
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24686014
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
中野 貴之 静岡大学, 工学部, 助教 (00435827)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 中性子検出 / 半導体検出器 / III族窒化物半導体 / 結晶成長 |
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| Research Abstract |
中性子検出において半導体検出器の新規作製を目指し、GaNに代表されるIII族窒化物による中性子検出半導体材料の開発を行っている。GaNに中性子捕獲断面積の大きいGdなどを混晶させてコンバーターとして用いることで、中性子を捕獲した際に発生する電子を検出することで単体材料における中性子検出が可能であると考えている。そこで本研究では、GdGaNや他のコンバーターとなる材料を混晶させた半導体の新規作製を行い中性子検出半導体材料の開発および中性子半導体検出器の実現に向けて研究を遂行している。
H24年度は本研究の初年度であり、GdGaNなど中性子検出材料となりうる半導体材料の結晶成長による材料開発を行った。有機金属気相エピタキシー(MOVPE)法を用いてGaN層を結晶成長させた後にGdGaNの結晶成長を行った。Gd原料にCp3Gdを用いて結晶成長を試みたところ、約0.5%のGd組成のGdGaNの作製を実現した。しかしながら、十分なGd組成にはなっておらずGd原料の更なる供給が必要であると考え飽和蒸気圧の低いCp3Gdを大量に供給できるよう本予算にて高温供給ラインの増設を行い200℃での原料ガス供給が可能であるシステムを構築した。
Gd以外のコンバーター材料としてB原子についても検討を行った。B原子が中性子捕獲時に発生するα線をGaNにて検出するといった機構であり、BGaNの作製により検出が可能かどうかの理論的検討を行った。検出原理としては可能であり、B組成3%のBGaNを3μm積層することにより1%程度の中性子捕獲が可能であることがわかった。またMOVPE法にてB原料にTEBを用いて結晶成長を行ったところ1%程度のB組成を持つBGaNの作製を実現した。α線に対して感度も持っており中性子検出材料として用いることが可能であるということが示唆された。
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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
Gd原料の供給ラインについて高温供給可能なシステムの構築が完成し、高Gd組成GdGaNの結晶成長が可能な環境を整備できたため、順調に進んでいると考えられる。また、新材料としてBGaNも作製しており中性子検出材料として機能することがわかったため、中性子検出に向けて大きく前進していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
装置改造により可能となったGd原料の高温供給について条件検討を行い、高Gd組成で高品質なGdGaNの作製を試みる。また、BGaNも結晶成長により作製し同様に中性子検出半導体材料として開発を行う予定である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
高温供給ラインの改造においてガス配管工事などを本研究室内にて対応したため、改造工事費が抑えられた。余剰の予算については新材料の検討などで新しい展開も行っているため、新材料開発における材料費などの消耗品の購入に当て研究を幅広く遂行していく。
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