| 研究課題/領域番号 |
21K12720
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分90130:医用システム関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 |
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研究代表者 |
錦戸 文彦 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子医科学研究所 先進核医学基盤研究部, 主任研究員 (60367117)
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| 研究分担者 |
高田 英治 富山高等専門学校, その他部局等, 教授 (00270885)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 陽電子放出断層撮影 / 有機半導体 / 有機フォトダイオード / PET / 放射線検出器 / PET検出器 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
陽電子断層画像装置(PET装置)の研究開発においてPET検出器の性能向上は装置の性能改善に非常に重要である。本研究課題は今までに無かった有機半導体を光センサとして用いたPET用検出器の開発を行う。有機半導体は厚さが非常に薄い・折り曲げが可能・印刷技術が応用可能・大型化が容易・安価であるなど、PET検出器用の光センサとして非常に有用な特徴を持つため、開発が実現できれば今までに無い新しい構造を持つPET検出器の開発を可能とする。本研究課題では、PET検出器に適した有機半導体光センサの開発・最適化、それを用いたPET用検出器の試作・評価を行い、その有用性を実証する。
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| 研究実績の概要 |
本課題では有機半導体素子の１種である有機フォトダイオードを用いたPET用の放射線検出器の開発を目的としている。昨年度の研究ではシンチレータにPET検出器でよく使用されるLGSOと有機フォトダイオードを用いた試作検出器を開発し、X線照射実験を行いその性能を評価した。有機フォトダイオードからの出力電流を測定することで、立ち上がりや立下りの部分で若干の遅延が見られたもののX線の出力信号を得ることに成功した。
本年度は試作検出器の性能向上を目指して有機フォトダイオードの最適化を進めた。その中でも効果が高かったものは、読出し電極にガードリング構造を採用したことである。今までの素子は暗電流の量が多く素子の性能を劣化させていた。またシンチレータの発光量が多く電流量が増した場合素子が壊れることがあった。それらの対策として、ノイズの主原因である表面リーク電流の回収や有機層の端での電界集中の低減を目的として電極にガードリング構造を採用した。
新たに試作した有機フォトダイオードは有機半導体層をスピンコート法により、読出し電極やガードリングにはアルミニウムを真空蒸着し作製した。有機フォトダイオードの材料は現在までに使用実績の高いPCBM：P3HTを採用し、有感部の大きさは2 mm×4 mmとした。電流の読出しには薄型フレキシブル基板を用いた。有機フォトダイオードとフレキシブル基板の接続にはカーボンペーストを用いた。白色X線を用いて実験を行った結果ガードリング構造を採用したことで暗電流を大幅に減少させることが確認でき、試作素子の性能が向上することが示された。
一方で有機フォトダイオードと読出し基板との接続の脆弱性やパルス読み出しを行うための有機層の厚みの調整などの課題が残されており、それらの改良を継続して行っていく予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
前述の通り有機フォトダイオードと読出し基板との接続の脆弱性やパルス読み出しを行うための有機層の厚みの調整などの課題が残されており、それらの改良・素子の性能向上を目的として期間の延長を行ったことが理由である。
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| 今後の研究の推進方策 |
試作検出器の更なる性能向上を目指し、有機フォトダイオードの改良を進めていく。
具体的な課題、対策は下記の通りである。
(1)パルス読み出しを行うための、最適な有機層の厚みの探索を行う。
(2)有機フォトダイオードと読出し基板との接続の脆弱性を改善するため、接着方式の最適化や電極構造の見直しを行う。
(3)多チャンネル読出しを行うための電極構造の最適化を進める。
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