| 研究課題/領域番号 |
19H04393
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分80040:量子ビーム科学関連
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
原 和彦 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (20218613)
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| 研究分担者 |
中村 浩二 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, 助教 (00554479)
海野 義信 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, 名誉教授 (40151956)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2022年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2021年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2020年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2019年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
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| キーワード | AC-LGAD / 4次元飛跡検出器 / 半導体センサー / アバランシェ増幅 / 部分活性化ボロン / 4次元検出器 / シリコン検出器 / 高時間分解能 / LGAD / 4次元飛跡検出 / 高時間分解能半導体 / 高時間分解能半導体センサー / 高位置分解能 / 半導体検出器 / 素粒子実験 / TCAD / 電極分割 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
半導体検出器は優れた空間分解能が特長で、多くの素粒子実験で用いられてきました。我々は既に、アバランシェ増幅機能をもつLGADにより30ps程度の優れた時間分解能が達成できることを示しました。そこで、LGADの優れた時間分解能を併せもった４次元飛跡検出器を実現することができれば、空間分解能のみでは対応できない将来の高輝度加速器実験でも飛跡再構成が可能となり、また、再構成時間も短縮される再構成法概念の革新がもたらされると期待できます。
本研究では、一様な増幅率をもつ高性能LGADの設計・試作および高時間分解能読出しエレクトロニクスを開発することで4次元飛跡検出器実現のための基礎研究を進めます。
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| 研究成果の概要 |
位置分解能に優れた半導体検出器に高い時間分解能を併せ持たせた新型のAC-LGAD飛跡検出器を開発した。位置＋時間を測定できる4次元検出器は、粒子数密度が高い将来の高輝度加速器実験環境下でも飛跡再構成を可能にできる検出器候補となる。
一様なアバランシェ増幅層からAC結合した細分化電極により信号読み出しを行うAC-LGADでは、増幅層の抵抗率やAC電極との接合容量で信号量が決まるため、また、センサー厚に時間分解能が依存するため、これらを最適化し、ピクセル型で100μm角、ストリップ型で80μmピッチのものでも十分に高い信号を得た。
注入ボロンの部分活性化により放射線耐性が向上する兆候を初めて得た。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
素粒子加速器の高輝度化に応じて、飛跡検出器の電極サイズは縮小され次期の高輝度LHC実験では50μm角のピクセルセンサーが使用される。将来の一層の高輝度化には、これ以上の細分化は限界であり、空間分解能に加えて時間分解能を飛跡検出に併せ持たせることが有効である。時間情報から正確かつ高速な飛跡再構成、速度の遅い重い粒子の検出が可能になる。
LGADは30ps程度の時間分解能を実現できる検出器であるが、これをAC-LGAD方式により優れた空間分解能を併せ持たせ、実用レベルの4次元検出器を世界で初めて実現した。放射線耐性の向上は必須であるが、部分活性化ボロン法により向上を示唆する結果も得た。
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