多層化SOIピクセル検出器による電子飛跡型半導体コンプトンカメラの開発

• 研究課題/領域番号: 15K17648
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 宮崎大学 (2016-2017); 京都大学 (2015)
• 研究代表者: 武田 彩希 宮崎大学, 工学部, 助教 (40736667)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2017年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2015年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: コンプトンカメラ / 電子飛跡 / ピクセル検出器 / 半導体検出器 / silicon-on-insulator / 宇宙ガンマ線観測

研究成果の概要

現在，硬Ｘ線からMeVガンマ線領域の宇宙観測は発展途上である。この分野を切り拓くには，観測装置の性能向上が鍵となる。本研究は，イベント駆動型SOIピクセル検出器で電子飛跡型半導体コンプトンカメラを実現する基礎開発を行った。本研究で得られた成果は下記の通りである。１）ピクセルに新しい構造を導入することで，検出器のノイズを35電子から16電子へ低減することに成功した。さらに，近接する回路・センサ間の干渉が切れたことで，イベント駆動読み出しにおける分光性能が向上した。２）コンプトンカメラのプロトタイプとなる多層化基板を開発した。そして，開発した基板によりスペクトルの取得に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] A Low-Noise X-ray Astronomical Silicon-On-Insulator Pixel Detector Using a Pinned Depleted Diode Structure (2017)
  • 著者名/発表者名: Kamehama Hiroki、Kawahito Shoji、Shrestha Sumeet、Nakanishi Syunta、Yasutomi Keita、Takeda Ayaki、Tsuru Takeshi、Arai Yasuo
  • 雑誌名: Sensors 巻: 18 号: 1 ページ: 27-27
  • DOI: 10.3390/s18010027
  • NAID: 120006501335
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of electron-tracking Compton imaging system with 30-um SOI pixel sensor (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Yoshihara, K. Shimazoe, Y. Mizumachi, H. Takahashi, K. Kamada, A. Takeda, T. G. Tsuru, Y. Arai
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 12 号: 01 ページ: C01045-C01045
  • DOI: 10.1088/1748-0221/12/01/c01045
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Electron Pattern Recognition using trigger mode SOI pixel sensor for Advanced Compton Imaging (2016)
  • 著者名/発表者名: Shimazoe, K.; Yoshihara, Y.; Fairuz, A.; Koyama, A.; Takahashi, H.; Takeda, A.; Tsuru, T.; Arai, Y.
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 11 号: 02 ページ: C02030-C02030
  • DOI: 10.1088/1748-0221/11/02/c02030
  • 査読あり
• [雑誌論文] The first back-side illuminated types of Kyoto's X-ray astronomy SOIPIX (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Itou, T. G. Tsuru, T. Tanaka, A. Takeda, H. Matsumura, S. Ohmura, H. Uchida, S. Nakashima, Y. Arai, I. Kurachi, K. Mori, R. Takenaka, Y. Nishioka, T. Kohmura, K. Tamasawa and C. Tindall
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 巻: 831 ページ: 55-60
  • DOI: 10.1016/j.nima.2016.04.012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reduction of cross-talks between circuit and sensor layer in the Kyoto's X-ray Astronomy SOI pixel sensors with Double-SOI wafer (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Ohmura, T-G. Tsuru, T. Tanaka, H. Uchida, A. Takeda, H. Matsumura, M. Ito, Y. Arai, I. Kurachi, T. Miyoshi, S. Nakashima, K. Mori, Y. Nishioka, N. Takebayashi, K. Noda, T. Kohmura, K. Tamasawa, Y. Ozawa, T.Sato, T. Konno, S. Kawahito, K. Kagawa, K. Yasutomi, H. Kamehama, S. Shrestha, K. Hara, S. Honda
  • 雑誌名: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A 巻: Vol.831 ページ: 61-64
  • DOI: 10.1016/j.nima.2016.04.024
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Improvement of spectroscopic performance using a charge-sensitive amplifier circuit for an X-ray astronomical SOI pixel detector (2015)
  • 著者名/発表者名: Ayaki Takeda et al.
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 10 号: 06 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1088/1748-0221/10/06/c06005
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Ｘ線天文衛星搭載用イベント駆動型SOIピクセル検出器における分光性能向上のための研究開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 武田 彩希，森 浩二，西岡 祐介，武林 伸明，横山 聖真，福田 昂平，鶴 剛，田中 孝明，松村 英晃，立花 克裕，林 秀輝，原田 颯大，幸村 孝由，萩野 浩一，大野 顕司，根岸 康介，鑓田 敬吾，新井 康夫，倉知 郁生，中島 真也，川人 祥二，香川 景一郎，安富 啓太，亀濱 博紀，Sumeet Shrestha，他SOIPIXグループ
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会
• [学会発表] 多層化SOIピクセル検出器による電子飛跡型半導体コンプトンカメラの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 武田 彩希，田中 孝明，鶴 剛，立花 克裕，林 秀輝，原田 颯大，島添 健次，中田 直樹，上ノ町 水紀，水町 祐貴，小貫 良行，新井 康夫，他SOIPIXグループ
  • 学会等名: 日本物理学会 第73回年次大会
• [学会発表] X線天文衛星搭載を目指したイベント駆動型SOI検出器のピクセル構造に関する研究開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 武田 彩希
  • 学会等名: 日本物理学会 第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] Development and Evaluation of an Event-driven SOI Pixel Detector for an X-ray Astronomy (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Takeda, K. Mori, Y. Nishioka, N. Takebayashi, S. Yokoyama, K. Fukuda, T. G. Tsuru, T. Tanaka, H. Uchida, H. Matsumura, M. Itou, S. Ohmura, K. Tachibana, H. Hayashi, T. Kohmura, K. Oono, K. Negishi, K. Yarita, Y. Arai, S. Nakashima, S. Kawahito, K. Kagawa, K. Yasutomi, H. Kamehama, S. Shrestha
  • 学会等名: 19th International Workshops on Radiation Imaging Detectors (iWoRi D2017)
  • 国際学会
• [学会発表] X線天文衛星搭載を目指したSOIピクセル検出器の大面積素子におけるイベント駆動読み出しの評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 武田 彩希，森 浩二，西岡 祐介，武林 伸明，横山 聖真，福田 昂平，鶴 剛，田中 孝明，松村 英晃，立花 克裕，林 秀輝，原田 颯大，幸村 孝由，大野 顕司，根岸 康介，鑓田 敬吾，新井 康夫，中島 真也，川人 祥二，香川 景一郎，安富 啓太，亀濱 博紀，Sumeet Shrestha，他SOIPIXグループ
  • 学会等名: 日本物理学会 2017年秋季大会
• [学会発表] 多層化SOIピクセル検出器による 電子飛跡型半導体コンプトンカメラの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 武田 彩希
  • 学会等名: Open-It 物理計測技術若手の会・若手研究会
• [学会発表] Design and Development of an Event-driven SOI Pixel Detector for X-ray Astronomy (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Takeda, K. Mori, Y. Nishioka, N. Takebayashi, S. Yokoyama, K. Fukuda, T. G. Tsuru, T. Tanaka, H. Uchida, H. Matsumura, K. Tachibana, H. Hayashi, S. Harada, T. Kohmura, K. Hagino, K. Oono, K. Negishi, K. Yarita, Y. Arai, I. Kurachi, S. Kawahito, K. Kagawa, K. Yasutomi, H. Kamehama, S. Shrestha, S. Nakanishi
  • 学会等名: 11th International “Hiroshima” Symposium on the Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors (HSTD11) and 2nd Workshop on SOI Pixel Detectors (SOIPIX2017)
  • 国際学会
• [学会発表] X線天文衛星搭載へ向けたイベント駆動型SOIピクセル検出器の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 武田 彩希
  • 学会等名: 核融合・加速器科学分野合同計測技術ワークショップ
  • 発表場所: 自然科学研究機構・核融合科学研究所
  • 年月日: 2016-10-28
• [学会発表] 宇宙X線観測へ向けたエレクトロニクス一体型イベント駆動イメージング検出器の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 武田 彩希
  • 学会等名: 平成28年度研究会「放射線計測における高密度実装フロントエンド回路の先端技術」，電気学会
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2016-10-17
  • 招待講演
• [学会発表] X線天文衛星搭載を目指したイベント駆動型SOIピクセル検出器の大面積化へ向けた開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 武田 彩希
  • 学会等名: Open-It 物理計測技術若手の会・若手研究会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 2016-10-05
• [学会発表] X線天文衛星搭載を目指したイベント駆動型SOIピクセル検出器の大面積化へ向けた開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 武田 彩希
  • 学会等名: 日本物理学会 2016年秋季大会
  • 発表場所: 宮崎大学
  • 年月日: 2016-09-21
• [学会発表] Design and Development of an Event-driven SOI Pixel Detector for X-ray Astronomy and Light Dark Matter Search (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Takeda et al.
  • 学会等名: 8th International Workshop on Semiconductor Pixel Detectors for Particles and Imaging
  • 発表場所: Sestri Levante, Italy
  • 年月日: 2016-09-05
  • 国際学会
• [学会発表] Improvement and Evaluation of an SOI Pixel Detector with an Event-driven Readout Mode for an X-ray Astronomy (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Takeda et al.
  • 学会等名: 18th International Workshops on Radiation Imaging Detectors (iWoRi D2016)
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2016-07-03
  • 国際学会
• [学会発表] B01班の研究開発状況 (2016)
  • 著者名/発表者名: 武田 彩希
  • 学会等名: 第6回 SOI新学術領域研究会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2016-06-28
• [学会発表] X線天文衛星搭載を目指したイベント駆動型SOIピクセル検出器の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 武田 彩希
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学 泉キャンパス
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Development of an Event-driven SOI Pixel Detector for X-ray Astronomy - Improvement of an Intra-chip Readout Circuit for Low Noise Performance - (2016)
  • 著者名/発表者名: Ayaki Takeda et al.
  • 学会等名: The 14th Vienna Conference on Instrumentation (VCI 2016)
  • 発表場所: Vienna University of Technology, Vienna, Austria
  • 年月日: 2016-02-15
  • 国際学会
• [学会発表] 次世代のX線天文衛星の搭載を目指したSOI-CMOS技術による放射線イメージセンサの開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 武田 彩希
  • 学会等名: 宮崎大学 特別講演
  • 発表場所: 宮崎大学
  • 年月日: 2015-11-11
  • 招待講演
• [学会発表] X線天文用SOIピクセル検出器における低ノイズ化を目指した素子内新型読み出し回路と評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 武田 彩希
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 大阪市立大学 杉本キャンパス
  • 年月日: 2015-09-25
• [学会発表] 次世代X線天文衛星搭載を目指したイベント駆動型SOIピクセル検出器の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 武田 彩希
  • 学会等名: 計測システム研究会
  • 発表場所: 大阪大学 核物理研究センター (RCNP)
  • 年月日: 2015-07-24