革新的電子ビーム性能を実現する超格子フォトカソードの研究

• 研究課題/領域番号: 21740305
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 原子・分子・量子エレクトロニクス
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 西谷 智博 独立行政法人理化学研究所, 延與放射線研究室, 客員研究員 (40391320)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2011年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2010年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円); 2009年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: フォトカソード / 高輝度電子源 / ガリウムヒ素半導体 / 超格子半導体 / 負電子親和力表面 / 長寿命化 / 高耐久化 / スピン偏極電子源

研究概要

本研究では、これまでにない高耐久と高輝度性能を兼ね備えた電子源を目指し、半導体フォトカソードの開発を行った。本研究により、小さな電子親和力や大きなバンドギャップを持つ半導体による高耐久化と放出電子のエネルギー幅を量子閉じ込め効果による極小化を実現する半導体フォトカソード条件を見出した。このような半導体として着目したバルク構造GaN半導体により既存技術の一桁以上の高耐久化を実現し、InGaN-GaN超格子半導体により超格子構造が従来技術のバルク構造に比べ、放出電子のエネルギー幅を半分以下に小さくできることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] GaN半導体型フォトカソードの量子効率の寿命測定と波長依存性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 早瀬和哉
  • 雑誌名: 電気学会論文誌、IEEJ Transaction 巻: (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superlattice Photocathode for High Brightness and Long NEA-surface lifetime (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Nishitani, M. Tabuchi, K. Motoki, T. Takashima, A. Era, Y. Takeda
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: 298 ページ: 012010-012010
  • DOI: 10.1088/1742-6596/298/1/012010
  • 査読あり
• [雑誌論文] A study on XAFS analysis of Cs/GaAs NEA surface (2011)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Era, Masao Tabuchi, Tomohiro Nishitani, and Yoshikazu Takeda
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: 298 ページ: 012012-012012
  • DOI: 10.1088/1742-6596/298/1/012012
  • 査読あり
• [雑誌論文] A study of an electron affinity of cesium telluride thin film (2011)
  • 著者名/発表者名: H Sugiyama, K Ogawa, J Azuma, K Takahashi, M Kamada, T Nishitani, M Tabuchi, T Motoki, K Takashima, A Era and Y Takeda
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: 298 ページ: 012014-012014
  • DOI: 10.1088/1742-6596/298/1/012014
  • 査読あり
• [雑誌論文] High Brightness Spin-Polarized Electron Source using Semiconductor Photocathodes (2009)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Nishitani, Masao Tabuchi, Yoshikazu Takeda, Yuji Suzuki, Kazuya Motoki, Takashi Meguro
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 48 号: 6S ページ: 06FF02-06FF02
  • DOI: 10.1143/jjap.48.06ff02
  • NAID: 210000066935
• [雑誌論文] Superlattice Photocathode With High Brightness And Long NEA-surface Lifetime (2009)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Nishitani, Masao Tabuchi, Yoshikazu Takeda, Yuji Suzuki, Kazuya Motoki, Takashi Meguro
  • 雑誌名: The American Institute of Physics : Conference Proceedings 巻: Volume1149 ページ: 1047-1051
  • DOI: 10.1063/1.3215590
  • 査読あり
• [雑誌論文] High Brightness Spin-Polarized Electron Source using Semiconductor Photocathodes (2009)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Nishitani
  • 雑誌名: Japanese journal of Applied Physics 48
  • NAID: 210000066935
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superlattice Photocathode With High Brightness And Long NEA-surface Lifetime (2009)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Nishitani
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 1149 ページ: 1047-1051
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum yield degradation from extraction of photocurrent and residual gas in a p-GaN photocathode with an NEA surface Kazuya Hayase
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Nishitani, Takashi Meguro
  • 雑誌名: The Electronic Journal Edition of IEEJ Transactions
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superlattice Photocathode for High Brightness and Long NEA-surface lifetime
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Nishitani
  • 雑誌名: Journal of Physics 巻: (In press)
• [雑誌論文] A study on XAFS analysis of Cs/GaAs NEA surface
  • 著者名/発表者名: Atsushi Era
  • 雑誌名: Journal of Physics 巻: (In press)
• [学会発表] 超格子構造を持つ半導体フォトカソードを用いた電子源の高輝度化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西谷智博
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2011-05-18
• [学会発表] 高耐久・高輝度AlGaAs-GaAs超格子フォトカソードの開発 (2010)
  • 著者名/発表者名: 西谷智博
  • 学会等名: 第4回フォトカソード研究会
  • 発表場所: 広島県東広島市
  • 年月日: 2010-11-12
• [学会発表] 超格子半導体フォトカソードを用いたパルス電子ビーム源の開発 (2010)
  • 著者名/発表者名: 西谷智博
  • 学会等名: 第66回日本顕微鏡学会学術講演会
  • 発表場所: 愛知県名古屋市
  • 年月日: 2010-05-23
• [学会発表] 超格子半導体フォトカソードを用いたパルス電子ビーム源の開発 (2010)
  • 著者名/発表者名: 西谷智博
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会学術講演会
  • 発表場所: 愛知県名古屋市
  • 年月日: 2010-05-23
• [学会発表] 負電子親和力表面の半導体を用いた30keVフォトカソード電子銃の開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 西谷智博,田渕雅夫,竹田美和,鈴木祐史,元木和也
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第64回学術講演会
  • 発表場所: 宮城県仙台国際センター
  • 年月日: 2009-05-26
• [学会発表] 負電子親和力表面を持つ半導体フォトカソードの半導体材料と電子源装置の開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 西谷智博
  • 学会等名: 第3回フォトカソード研究会
  • 発表場所: 愛知県名古屋大学
• [学会発表] High brightness electron source for pulse electron gun using semiconductor photocathodes with NEA surface (2009)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Nishitani, Masao Tabuchi, Yoshikazu Takeda, Kazuya Motoki, Kento Takashima
  • 学会等名: The Twelfth Frontiers of Electron Microscopy in Materials Science(FEMMS2009)
  • 発表場所: Sasebo, Japan
• [学会発表] Development of Pulse Electron Gun with High Brightness Electron Source Using Superlattice Photocathode (2009)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Nishitani, Masao Tabuchi, Yoshikazu Takeda, Yuji Suzuki, Kazuya Motoki and Takashi Meguro
  • 学会等名: OIST Workshop,"Fundamentals of Quantum Mechanics and Its Applications"
  • 発表場所: Okinawa, Japan
• [学会発表] Development of Pulse Electron Gun with High Brightness Electron Source Using Superlattice Photocathode (2009)
  • 著者名/発表者名: 西谷智博
  • 学会等名: OIST Workshop, "Fundamentals of Quantum Mechanics and Its Applications"
  • 発表場所: Okinawa, Japan
• [学会発表] 負電子親和力表面の半導体を用いた30keV フォトカソード電子銃の開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 西谷智博
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第64 回学術講演会
  • 発表場所: 仙台
• [学会発表] 負電子親和力表面を持つ半導体フォトカソードの半導体材料と電子源装置の開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 西谷智博
  • 学会等名: 第3回フォトカソード研究会
  • 発表場所: 名古屋大学
• [産業財産権] PHOTOCATHODE SIMICONDUCTOR DEVICE (2010)
  • 発明者名: 西谷智博
  • 権利者名: 独立行政法人理化学研究所
  • 取得年月日: 2010-05-06
  • 外国
• [産業財産権] PHOTOCATHODE SIMICONDUCTOR DEVICE (2009)
  • 発明者名: 西谷智博
  • 権利者名: 独立行政法人理化学研究所
  • 出願年月日: 2009-10-27
  • 外国