| 研究課題/領域番号 |
19H00692
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(A)
|
| 配分区分 | 補助金 |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 審査区分 |
中区分15:素粒子、原子核、宇宙物理学およびその関連分野
|
|---|
| 研究機関 | 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 |
|---|
研究代表者 |
坪山 透 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, シニアフェロー (80188622)
|
|---|
| 研究分担者 |
山田 美帆 東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 助教 (90714668)
倉知 郁生 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, その他部局等, 特別教授 (00533944)
新井 康夫 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 特定教授 (90167990)
小野 峻 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 研究員 (60603157)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
|
| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
|
| 配分額 *注記 |
44,590千円 (直接経費: 34,300千円、間接経費: 10,290千円)
2022年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2021年度: 14,690千円 (直接経費: 11,300千円、間接経費: 3,390千円)
2020年度: 13,130千円 (直接経費: 10,100千円、間接経費: 3,030千円)
2019年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
|
|---|
| キーワード | 高エネルギー物理学実験 / SOIピクセルセンサー / 3次元回路積層 / ビームバックグラウンド低減 / センサー薄化 / 素粒子用ピクセル検出器 / 3D積層技術 / 放射線耐性 / CMOSデバイス / 素粒子線センサー / 3次元積層 / ピクセルセンサー / バーテックス検出器 / SOI CMOSデバイス / 素粒子センサー / 素粒子実験 / SOI デバイス / ３次元実装 / 量子線イメージング / SOIデバイス / ３次元積層 / CP非保存 / 3次元実装 / 三次元実装 / PDD構造 / CP 保存の破れ |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
2018年に開始したSuperKEKB実験は2025年頃に目標性能に達する予定である。短寿命粒子の崩壊等を測定するピクセル検出器はビーム近傍に設置されるため放射線バックグラウンドの影響をうけやすく性能低下も懸念されている。
SOI技術を用いたピクセル検出器 SOIPIX は完全空乏化したウエファ上に標準CMOS回路を動作させるため、高い空間・時間分解能だけでなく優れた耐放射線性を持つ。
本研究では、3D積層技術を用いて信号処理用LSIをSOIPIXに直接接合することで、データ処理能力を圧倒的に向上させ、高いバックグラウンド下でも十分な性能をもつピクセル検出器を構築する。
|
| 研究成果の概要 |
Super KEKB加速器の高度化が行われると、物理反応頻度が増えビームバックグラウンドが増加する。そのなかで物理解析能力をさらに向上するためピクセル検出器は信号検出能力と位置分解能を向上させる必要がある。
本研究では（1）各ピクセル内で高度なデータ処理をおこなうためLSIの3次元積層を行うこと、(2) 新しいpixel sensor 読み出し方式を開発すること、を目標とした。
その結果、最終年度までに(1)SOIで3次元LSI積層を完成しは99.7％以上の高効率で電気的接続を確認し、（2）新しい読み出し方式DuTiPを開発し評価をおこなった。DuTiP方式は今後も評価・研究を継続する。
|
| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
SOIを用いた3次元積層技術でピクセルセンサに多彩な信号処理機能の実装が可能になる。特にSOIは約10μmの厚さで多層の積層が可能であり、センサー技術の向上に貢献可能である。
DuTiPは高ルミノシティの衝突型加速器で、大量のビームバックグラウンドがあっても、物理事象の信号を選択的に取り出す読み出し方式であり、タイマー回路／トリガ一致回路／ヒット読み出し回路を各ピクセルに実装し、読み出しに高速FIFOを組み合わせることでシミュレーションレベルでは100Mヒット/秒/cm^2の高バックグラウンド下でも物理信号の検出効率を99%以上に維持できる。将来の加速器実験でもこの方式は応用可能である。
|
