2014 Fiscal Year Research-status Report
大型低物質量ピクセル検出器実用化に向けた有機半導体検出素子の研究
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26610075
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
齊藤 正俊 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器科学支援センター, シニアフェロー (30391783)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
熊木 大介 山形大学, 理工学研究科, 准教授 (80597146)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 有機半導体 / 放射線検出器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、低コストで大面積湾曲可能なピクセル検出器の実用化をめざして、有機半導体の利点を生かした構造を持つ放射線・粒子線検出素子の開発を目的としている。初年度は、有機半導体素子の基礎特性測定と粒子線検出器試験手法の確立に重点をおいた。
検出素子として、有機半導体材料であるジナフトチエノチオフェン(DNTT)を用いて、有機薄膜トランジスタを数種類のドレインーソース間距離(L)と幅(W)の組み合わせで２種類の厚みtのものを製作した。(L=5,20,50,100μm)×(W=100,200,500,1000μm)×(t=100,500nm)の計32種類。それらの素子についての基礎特性測定では、リーク電流はWに比例し、Lにはあまり依存性がなかった。厚い方がVdsの増加によるオフリーク電流増加が少なかった。
検出器信号読み出し回路では、電荷積分型増幅器としては、別プロジェクトで開発中の低雑音集積回路が完成し、基礎特性の測定結果が良好だったのでこれを使用した。
放射線検出器としての動作試験を、粒子線検出に有利と思われるW/L/tパラメータの組み合わせで行った。アルファ線源テストと原研・高崎量子応用研究所のTIARA施設でのXeビーム照射テストをしたが、現在までのところ、放射線によるパルスが識別できるところまでに至っていない。検出素子で発生する信号パルスが予想より小さかったため、信号がノイズに埋もれていると思われる。素子と回路の接続による浮遊容量と外来雑音の混入を減らして、信号に対するノイズ・レベルをもっと下げる必要がある。検出器信号を大きくするための有機半導体の膜厚・構造・材料の再検討だけでなく、検出回路全体の徹底したノイズ対策が今後の重要な課題である。
検出器試験方法は、平行して進めている別種類の検出器試験を通じて有効性が確認されている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
試作した素子の基礎特性測定までは予定通りだったが、放射線検出器としてのテストでは、素子内で発生する信号を検知するまでに至らなかった。発生電荷が予想より少なかったのか信号パルスが小さく、ノイズと信号を判別できなかった。信号対雑音比が不十分である。今後は、より大きなパルスが得られるように検出素子を改良するとともに、信号読み出し回路全体のノイズ・レベルを下げる必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
以下の方策により徹底したノイズ対策を実施して、信号対雑音比を改善する。
１．検出器の改良：粒子線により有機半導体素子内に発生する信号をより大きなものにするために、素子の厚膜化とともに構造の再検討をする。
２．電子回路の低ノイズ化：電荷を効率的に集めるために、回路に関しては、電荷積分増幅器(CSA)の基板への実装方法や基板レイアウト変更により低ノイズ化を行う。CSA用に開発した集積回路の低雑音性能が実装段階で十分に生かし切れていないため。
３．電荷収集効率の改善：検出器－前置増幅器間の結線による浮遊容量も無視できないため、出来る限りコンパクトな配線に変更して、検出器の負荷静電容量を減らす。検出器への印加電圧を最適化により検出器容量を減らし、リーク電流を減少させる。
ノイズレベルが低下した後は、再度アルファ線等によるテストを行い、運用条件の適正化をして安定した信号検出ができるようにする。
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| Causes of Carryover |
出張打ち合わせや物品購入が緊急に必要になった場合等に備えて残した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
素子の試作や実験に用いる消耗品の購入に使用する予定である。
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