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レドックス型固体電離箱の探求と無給電ワイヤレス放射線センサーへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 18H01480
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分21050:電気電子材料工学関連
研究機関上智大学

研究代表者

中岡 俊裕  上智大学, 理工学部, 教授 (20345143)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2020年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2019年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2018年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
キーワード放射線センサ / 異常拡散 / 電気化学反応 / カルコゲナイド / 抵抗変化 / 放射線センサー / フォトドーピング / Ag拡散 / レドックス反応
研究成果の概要

高線量でも動作しコンパクトかつワイヤレス化も可能な,新しい動作原理に基づく放射線センサーを提案,原理動作を目指し,Agカルコゲナイドにおいて,γ線によるAg拡散に起因する可逆な抵抗変化と不可逆な抵抗変化の双方を観測した。2 kGy/hの高線量下において4%程度の可逆な抵抗変化をリアルタイム測定し,センシング可能であることを実証した。複素インピーダンス測定とTOFSIMS,TEM観察,電子線回折を駆使した分析結果をふまえ,動作メカニズムのモデルを提案した。
送受信距離3.5 mのアクティブタイプのワイヤレスセンサーを試作し,動作を実証した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究における放射線検出はγ線照射時のAgの異常拡散による導電性領域形成に主に基づく。これまでは,γ線照射に対する不可逆な変化のみ注目されドシメータとして研究されてきたが,本研究ではGe-Sb-Te系アモルファス薄膜においてin-situなリアルタイム測定を行い,可逆な抵抗変化を初めて見出し,リアルタイムセンサとして動作することを実証した。
本素子は抵抗変化型であり無給電で動作する。バッテリーなどは不要であるので放射線耐性が高く,駆動時間の制限がなく,メンテナンスにも有利である。アクティブ型のワイヤレスセンシングを実証することでその有望性を示した。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (14件) (うち招待講演 3件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Reversible and irreversible resistance changes for gamma-ray irradiation in silver-diffused germanium telluride2020

    • 著者名/発表者名
      Park Hyoseong、Watanabe Tatsuya、Yoda Isao、Shohmitsu Yoshinori、Kawasaki Shigeo、Nakaoka Toshihiro
    • 雑誌名

      SN Applied Sciences

      巻: 2 号: 12

    • DOI

      10.1007/s42452-020-03927-0

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single-crystalline Ag2Te nanorods prepared by room temperature sputtering of GeTe2020

    • 著者名/発表者名
      Nakaya Kazuki、Nakaoka Toshihiro
    • 雑誌名

      SN Applied Sciences

      巻: 2 号: 9

    • DOI

      10.1007/s42452-020-03406-6

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct measurement of "ready-made" cations in a Ge2Sb3.4Te6.2 film2019

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Imanishi, Toshihiro Nakaoka
    • 雑誌名

      Journal of Materials Science

      巻: 54 号: 9 ページ: 7072-7077

    • DOI

      10.1007/s10853-019-03405-y

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Room temperature growth of silver telluride nanorods by sputtering deposition2018

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Imanishi and Toshihiro Nakaoka
    • 雑誌名

      Applied Physics A

      巻: 124 号: 10

    • DOI

      10.1007/s00339-018-2099-y

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spontaneous room-temperature formation of broccoli-like Ag-GeTe nanostructures assisting filamentary resistive switching2018

    • 著者名/発表者名
      Imanishi Yusuke、Hayashi Hitoshi、Nakaoka Toshihiro
    • 雑誌名

      Journal of Materials Science

      巻: 53 号: 17 ページ: 12254-12264

    • DOI

      10.1007/s10853-018-2493-z

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 相変化材料におけるAgの異常拡散ーナノワイヤ形成からガンマ線検出まで2021

    • 著者名/発表者名
      中岡俊裕、渡部 達也、朴 孝晟、中谷 和希、依田 功、正光 義則、川﨑 繁男
    • 学会等名
      2021年第68回応用物理学会春季学術講演会[17p-Z02-4] (オンライン)シンポジウム内招待講演
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ffect of Si buffer layer on thermoelectric properties of Sb2Te3 films2020

    • 著者名/発表者名
      Ryo Katayama, Hiroki Toyoda, Yuki Matsufuji, Masahiro Nomura, Kazuo Ogata,Takao Mori, and Toshihiro Nakaoka,
    • 学会等名
      The 32th Symposium on Phase Change Oriented Science PCOS 2020 [session 2-8]
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 相変化材料中の銀イオン伝導を応用した放射線センサーの研究2020

    • 著者名/発表者名
      渡部達也,朴 孝晟,依田 功,正光義則, 川﨑 繁男,中岡 俊裕
    • 学会等名
      Sophia Open Research Weeks 2020 半導体ナノフォトニクス研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] GeSbTe薄膜におけるAgの電気化学反応 ーナノ構造形成から応用までー2020

    • 著者名/発表者名
      中岡 俊裕, 渡部 達也, 朴 孝晟, 依田 功, 正光 義則, 川崎 繁男
    • 学会等名
      2020年第67回応用物理学会春季学術講演会 [13p-A201-5]
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Amplification circuit using a frequency-multiplying Ge-Sb-Te thin film2020

    • 著者名/発表者名
      Yifei Yin, Jiawen Xiang, Hyoseong Park, Hitoshi Hayashi Toshihiro Nakaoka
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会[14a-A407-6]
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Cyclic voltammetry and effect of gamma-ray irradiation in GeTe thin films with Ag electrodes2019

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Watanabe, Hyoseong Park, Isao Yoda, Yoshinori Shohmitsu, Shigeo Kawasaki, Toshihiro Nakaoka
    • 学会等名
      The 31th Symposium on Phase Change Oriented Science PCOS
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Electrochemical reaction between Ag and GeTe forming single crystalline Ag2Te nanorods2019

    • 著者名/発表者名
      Toshihiro Nakaoka, Kazuki Nakaya, Tatsuya Watanabe, Hyoseong Park,
    • 学会等名
      The 31th Symposium on Phase Change Oriented Science PCOS
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] AC Impedance measurement under gamma-ray irradiation on GeTe thin films2019

    • 著者名/発表者名
      Hyoseong Park, Tatsuya Watanabe, Isao Yoda, Yoshinori Shohmitsu, Shigeo Kawasaki, Toshihiro Nakaoka
    • 学会等名
      2019年第80回応用物理学会秋季学術講演会[19p-PA7-8]
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] GeTe薄膜におけるサイクリックボルタンメトリーとガンマ線照射の影響2019

    • 著者名/発表者名
      渡部 達也, 朴 孝晟, 依田 功, 正光 義則, 川﨑 繁男, 中岡 俊裕
    • 学会等名
      2019年第80回応用物理学会秋季学術講演会 [19p-PA7-9]
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Ag/Pt電極を用いたGe-(Sb)-Te薄膜におけるガンマ線照射に対する可逆な抵抗変化2019

    • 著者名/発表者名
      渡部 達也 , 朴 孝晟 ,依田 功 ,正光 義則 , 川崎 繁男 ,中岡 俊裕
    • 学会等名
      2019年 第66回応用物理学会春季学術講演会 [10p-W833-11]
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Gamma-ray irradiation induced effects on GeTe thin films,2018

    • 著者名/発表者名
      Hyoseong Park, Tatsuya Watanabe, Isao Yoda, Shigeo Kawasaki, and Toshihiro Nakaoka
    • 学会等名
      The 30th Symposium on Phase Change Oriented Science PCOS 2018 [P-3],
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Kazuki Nakaya and Toshihiro Nakaoka, GeTe nanowire growth at room temperature by RF magnetron sputtering2018

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Nakaya and Toshihiro Nakaoka,
    • 学会等名
      The 30th Symposium on Phase Change Oriented Science, PCOS 2018[P-5]
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 気相法によるGeTeナノワイヤの結晶成長2018

    • 著者名/発表者名
      中谷 和希、今西 祐典、山口 瑛太、中岡 俊裕
    • 学会等名
      2018年第79回応用物理学会秋季学術講演会[19p-231A-6]
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Ge-(Sb)-Te薄膜におけるガンマ線照射による抵抗変化のリアルタイム測定2018

    • 著者名/発表者名
      朴 孝晟、依田 功、川崎 繁男、中岡 俊裕
    • 学会等名
      2018年第79回応用物理学会秋季学術講演会[19p-231A-7]
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 上智大学教員データベース

    • URL

      https://rscdb.cc.sophia.ac.jp/Profiles/70/0006956/profile.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] Research map

    • URL

      https://researchmap.jp/read0076935/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 上智大学教員教育研究情報データベース

    • URL

      http://rscdb.cc.sophia.ac.jp/Profiles/70/0006956/profile.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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