低質量暗黒物質探査用低物質量半導体ピクセル検出器の開発

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25400308
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 田中 真伸 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, 教授 (00222117)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 低質量ダークマター

Research Abstract

今年度は低物質量半導体ピクセル検出器の製作と静特性評価に関して活動を行った。連携研究者の助けを借りてダイヤモンド半導体検出器、炭化シリコン半導体検出器の製作を行い静特性評価を行い当初の目標が達成できた。
低質量暗黒物質探索用検出装置を製作する場合、低エネルギーではリーク電流と検出器容量によるイントリンジックノイズがエネルギー分解能を決定する。このノイズを目標の25電子数以下に押さえるためには、リーク電流を10電子/msec/100μm2以下にしておくことが望ましい。ダイアモンドに関してはエレメント６社から結晶サンプルを購入し、パッド検出器とピクセル検出器をそれぞれ製作し測定した。電極製造プロセスは連携研究者の研究室において行わせていただいた。その結果、面積比によるリーク電流の違いは定量的に押さえられ、絶対値に関しても上記要件を満たしていることが明確になった。一方炭化シリコンに関しては、複数の会社の高抵抗基板サンプルを購入し電極生成を行い性能評価を行った。残念ながらマイクロパイプは少ないが、高抵抗基板特有の低レベル準位からのリーク電流の寄与があり、基板をそのまま検出器として使用する事が困難である事がわかった。よってエピレイヤーを厚くし検出器として使う方針へ変更し、現状厚いエピを使用しピクセル検出器を製作した。この製作は連携研究者の研究室で行わせていただいた。現状ピクセル検出器製作に関しいくつかのノウハウが必要なことはわかっておりそれらは連携研究者と共同で制御できる所まで来ている。今後は実際の検出効率の測定及び低雑音読み出し集積回路の設計に重心を移す。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ピクセル検出器の製作を行い成功した。更に静特性を測定し当初目的のリーク電流を満たす物ができた。現在検出効率を詳細に測定している。これが問題なければピクセル検出器の試作はほぼ完了したことになる。

Strategy for Future Research Activity

下記が今後の予定である。
１、ピクセル検出器の試作を評価するための読み出し集積回路の製作を行う。
２、集積回路の特性評価を行う。
３、検出器との実装を行いアルファ線源で評価を行う。
４、中性子源で検出器評価を行う。（バックグランドに対する応答を見る）
５、神岡鉱山に持って行き設置し評価を行う。