2014 Fiscal Year Research-status Report
放射線環境における帯電・線量計測用超高感度半導体サブナノセンサの開発
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25420296
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
三宅 弘晃 東京都市大学, 工学部, 准教授 (60421864)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 帯電計測 / 宇宙環境 / 半導体 / PEA法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【試験冶具】
これまでに作成したセンサ半導体素子にナノ・ピコ秒の圧力波を入力し、その際に試作センサから出力される信号を計測し、圧力波センサとして使用できるか検証を実施している。検出感度を向上させるため、試験冶具を新たに作成したが、ノイズレベルが想定より高い状態で、高感度の計測が出来ない状態であった。この原因として、試作素子に入力する圧力波の発生に100～200Vのナノ・ピコ秒のパルス電圧を印加しているがそのパルス電圧の入力系とセンサからの出力信号の接地が近接したことによるものであることが判明した。本問題点について改良設計を実施し、現在新規に試験冶具の製作を実施している。次年度第一四半期には試作冶具が完成し、測定に移行できる計画である。
【半導体センサの試作】
PN接合を用いた試作素子での試験を実施してきたが、今年度はSi基板上にSiO2の酸化膜を形成された基板に荷電粒子を注入して感圧層を形成したMOS素子を作成した。まずパルス電界を作成した試料に印加し、逆圧電効果の確認試験を実施した。その結果、ポリマー製の圧電素子と比較し遜色のないレベルでの信号が検出された。分解能にていては現時点では考慮しておらず、次年度以降は本試作素子での高分解能化も視野に入れて研究を進めていく。尚、センサ素子作成に関する詳細情報は特許等の兼ね合いもある為、現時点での公開は差し控える。
【半導体センサ校正のための荷電粒子線照射した高分子試料の帯電計測試験】
開発センサの校正データとなる帯電計測を電子線及び陽子線を照射した高分子材料の帯電計測を実施した。静止軌道における電子の実環境を模擬した照射では、1nA/m^2という低線量での照射で照射開始から1,2分程度の極短時間で、試料表面で放電が発生しているのが確認され、想定よりも帯電量が短時間で高くなっていることが判明し、今後のセンサ開発のフィードバック情報となった。
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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
おおむね順調に進呈していると判断した理由は以下のとおりである。
【試験冶具】 本センサの開発には試験冶具の高精度化が欠かせい。本年度はその高精度化に取り組んだが、結果としてノイズが想定より多くなってしまった。この点については既に問題点を把握しており、改良設計も進めており、新規製作に関しての部品見積もりも進んでおり、次年度初旬には、改良型の試験冶具が使用できる状態になると計画している。よって順調に推移していると考える。
【センサ試作について】 予定通り、MOS構造のセンサを素子の試作を実施し試験を実施した。順を追って研究を進めるため、まずはパルス電界を作成した試料に印加し、逆圧電効果の確認試験を実施した。圧力波を入力し圧電効果を確認する試験の実施は、前項で述べた新規作製の試験冶具を用いて実施するため、次年度への持越しとした。
【半導体センサ校正のための荷電粒子線照射した高分子試料の帯電計測試験】 こちらも計画通り、本学、原子力機構、JAXAおよび仏国・ポールサバティエ大学のLPLACEで電子及び陽子の照射試験を実施し、着実に各エネルギー・線量における、新規開発センサの校正データとして使用できる帯電計測結果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
①PN/MOS構造素子の検証(H25,26からの継続)
②開発半導体素子への放射線照射による信号検出特性の検討
③総括
本年度の重要項目は、最終的に計測に使用できるセンサへ昨年度までの開発をつなげることである。よって昨年度からの継続事項として引き続き、半導体素子の試作と検証試験を実施していく。尚今年度からは、本学の半導体特別研究室の協力を得て実施できるため、迅速かつ効率的な試作が実施できるため、試作－検証のサイクルをあげる事が可能となる。試作条件については、これまでの結果を基に半導体特別研究室と検討を行っている。さらに、当開発センサの最終目的である、衛星搭載用の帯電計測器に使用することを考えると、②の放射線照射による信号検出特性を調査することは非常に重要である。宇宙用半導体部の開発経験から、研究代表者らは半導体素子の製造工程上のパラメータ（配線パターンやイオンドープ濃度等）を最適化することで、従来の素子に比べて耐放射線性の高い素子を製造することができる。しかし、完全に放射線の影響を抑制することは困難であり、軌道上の運用期間に応じて素子の特性は変化してしまうと考えられる。これはセンサの特性の観点からは劣化と言えるが、照射される放射線の線量に対して線形依存性があるため、この変動現象を逆手に取り、帯電計測と線量計測とを同時に実施可能か検討を行う。具体的には最大1E+6Gy程度(軌道10年相当)のγ線照射を実施し線量毎にセンサの特性取得を行い、帯電と線量の同時計測が可能か検証をする。同時計測が可能な場合は帯電－線量の物理モデルの検討を行う
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| Causes of Carryover |
加速器の使用代金及び海外出張旅費が当初想定より減額での執行が可能であったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の論文投稿のための英語校閲等の費用に当てる予定である。
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