有機半導体を用いる放射線分布測定素子の基礎研究

• 研究課題/領域番号: 18560804
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 原子力学
• 研究機関: 富山工業高等専門学校
• 研究代表者: 高田 英治 富山工業高等専門学校, 電気工学科, 准教授 (00270885)
• 研究分担者: 河原林 順 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (80283414) ; 畔田 博文 富山工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (10290735) ; 岡田 裕之 富山大学, 工学部, 教授 (80233344)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 3,840千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 240千円); 2007年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2006年度: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
• キーワード: 有機半導体 / 放射線 / 測定 / 電流 / X線 / 有機EL / イメージング / 真空蒸着

研究概要

半導体放射線検出器は、放射線から電気信号への変換効率が良く、高い分解能を持つ。しかし、従来は無機材料が用いられており、製作に手間がかかるなどの欠点があった。本研究では、有機半導体を用いて放射線測定が可能な素子を製作し、その特性を評価することを目的とした。
製作にあたっては、真空度4.5×10-6[Torr]において、ITO電極上にα-NPD(500A)/td-PTC(500A)/Al(700A)を積層した。陽極と陰極の幅は2[mm]、素子の面積は4[mm2]とした。まず、可視光の強さが1[kW/cm2]となるように素子の位置を調整した状態で可視光を照射し、測定を行った。素子に逆電圧を印加し可視光を照射すると、暗電流よりも10^5程度大きい電流値が得られた。
次に、製作した素子が放射線検出器として動作するのか確認するため、X線発生装置を用いて実験を行った。素子に逆電圧を印加した状態でX線(約710mSv/h)を照射しつつ測定した。
素子にX線を照射すると、暗電流に比べて電流が約40〜50[pA]程度増加した。印加電圧が大きくなるにつれて電流の増加量も大きくなった。逆電圧の増加よって空乏層が大きくなり、放射線からの付与エネルギーが大きくなったためと考えられる。また、X線発生装置の加速電圧を大きくしても電流値が大きくなった。これらのことから、製作した有機PDが、放射線検出器として動作していることが確認できた。
数種類の素子構造について検討を行ったが、逆電圧の大きさと暗電流の大きさの関係が不安定であるなど、製作プロセスや構造を再検討していく必要が示された。また、イメージングへの適用を考え、今後、素子のピクセル化かどを検討する予定である。