2014 Fiscal Year Research-status Report
スパッタリング技術を用いた超微細電極型ガス放射線検出器の開発
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26610069
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
越智 敦彦 神戸大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (40335419)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 素粒子実験 / 粒子測定技術 / MPGD / ガス放射線検出器 / リソグラフィー / スパッタリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、半導体検出器の画素ピッチに匹敵する 100μm以下のセルサイズを持つ超微細電極型マイクロパターンガス検出器(MPGD)を開発し、加速器実験の粒子線測定、Ｘ線構造解析や医療診断装置に求められるイメージング能力、及びγ線コンプトンカメラや暗黒物質探索に必要な飛跡検出能力を大幅に向上させる、全く新しいデバイスとして提案する。ガス検出器の電極間隔縮小は一般に放電確率の上昇を招くが、本研究では炭素スパッタによる薄膜技術で高精細かつ高抵抗の電極を構成するアイディアにより、この問題を回避する。なお、本研究期間では、超微細電極型MPGDの原理検証までを目標とする。
研究初年度は、マイクロパターンガス検出器として最も構造が簡単であるマイクロストリップガス検出器(MSGC)型の検出器を、炭素スパッタによる薄膜技術を用いることで試作した。この試作では、400μmピッチ、200μmピッチそれぞれの電極間隔について、炭素スパッタによる電極のみの構造と、銅箔電極を混合したものを作成することを試み、技術的問題点を炙り出すことを目的とした。
この結果、炭素スパッタのみを用いた構造では、非常に均一な電極構造が構成でき、本研究が目的とする100μm以下のセルサイズを実現することに十分期待を持たせる結果が出た一方で、製造プロセスの異なる銅箔電極を混合した場合、二種の電極の互いの位置ずれが数十μmの誤差で生じ、アライメントに問題が生じることが明らかになった。このずれは、従来の検出器のデザインのままでは、100μm以下のセルサイズを実現する上では検出器の性能に大きく影響することを意味する。この結果から今後の開発のために必要な対策を絞りこむことができるようになった。
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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
本年度は、狭ピッチのMSGCの試作を行い、電極構造や素材構成の異なる8種類のパターンを試作することができた。動作テストなどについてはこれからであるが、まずは試作によりこれまで以上に微細な加工技術を導入するに当たり、現状の技術の問題点を炙り出すことが出来た。
これに加えて、炭素スパッタ技術そのものについて、抵抗値をコントロールするためには従来はスパッタ厚をコントロールするしか方法が無く、比較的低い表面抵抗値（1MΩ/□以下）実現のためには長時間のスパッタを必要としていたのだが、新たにスパッタに窒素を添加する手法を考案し、これにより低抵抗値側へのコントロールを容易にすることが可能となった。この結果、検出器への要求（最大粒子線量など）や電極デザインなどによって異なる要求抵抗値を、任意の値で比較的短い製造時間で作ることができるようになった。特に超微細構造型の電極構造では、単位面積当たりの抵抗値はこれまでのMPGDに比べても低くする必要があり、この技術革新の効果は大きい。
以上から、本研究の目的の達成度は、概ね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に得られた試作結果から、超微細電極型MPGDの開発においては、以下のいずれかの方針でデザインを考えねばならないことが明らかになった。第一は、炭素スパッタのみで主要電極（陽極及び陰極）を構成するというもの、第二は、一部電極に銅箔電極を用いるが、アライメントずれを極力抑えるための手法を開発すること、第三は、一部電極に銅箔電極を用いるが、アライメントのずれが検出器の性能に大きく寄与しないような検出器デザインを考えることである。
第一の方針に従う形では、MSGC やμ-PICのように同じ基板上に陽極と陰極を配置するデザインが取りにくくなる。このため、レジスティブマイクロメガス(MM)やレジスティブGEMといった検出器構造にデザインが制限される。第二の方針に従う形では、検出器のデザインの制約は最も少ないが、異なるマスクパターンを精度よくアライメントするための技術を新たに構築する必要がある。このために、多層基板作製時に視認性の良い電極パターンを作成することや、両面マスク法などの優れたアライメント技術を積極的に導入し、これらをμ-PIC型検出器へ適用することで、今後の開発を行う。第三の方針に従う形では、新たな電極構造のデザインを考案する必要があるため、新たなブレークスルーを伴う困難さがあるが、状況に応じてまずはシミュレーションなどを活用して様々な構造に対するパフォーマンスを予測していく予定である。
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| Causes of Carryover |
本年度は、研究発表や打合せに関する国内外の旅費について、他の経費を活用することができたため、当初予定額より実支出額が少なくなった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
27年度は、「今後の研究の推進方針」で述べた通り、これまでの研究成果を受けて複数の研究方針を実行したいと考えている。このためには、より多くの検出器試作のための経費が必要であり、26年度に旅費をセーブすることで得られた次年度使用額をこれに当てたいと考えている。
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[Journal Article] Carbon Sputtering Technology for MPGD detectors2014
Author(s)
Atsuhiko Ochi, Yasuhiro Homma, Yuji Yamazaki, Fumiya Yamane, Tsuyoshi Takemoto, Tatsuo Kawamoto, Yousuke Kataoka, Tatsuya Masubuchi, Yuki Kawanishi, Shingo Terao
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Journal Title
Proceedings of Science
Volume: TIPP2014
Pages: 351
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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