超低バックグラウンドを実現するＡＤ変換器一体型の広帯域Ｘ線ＳＯＩ撮像分光器の開発

• 研究課題/領域番号: 23340047
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 天文学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 鶴 剛 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (10243007)
• 研究分担者: 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, 教授 (90167990) ; 中澤 知洋 東京大学, 大学院理学系研究科, 講師 (50342621)
• 連携研究者: 中嶋 大 大阪大学, 大学院理学研究科, 助教 (70570670)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円); 2014年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2013年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円); 2012年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2011年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: Ｘ線天文学 / 宇宙物理 / Ｘ線 / 検出器 / SOI / Ｘ線検出器 / ＳＯＩ / X線天文学 / 放射線・X線・粒子線 / 半導体検出器

研究成果の概要

「非熱的宇宙」を解明するには非Ｘ線バックグラウンドを下げる必要がある．そこで各ピクセルにイベント駆動読み出し機能を持つＸ線SOIPIXを開発する．
本研究で開発した４つのSOIPIX素子の最大のものは6mm角である．厚み500μmの完全空乏，フレーム読み出しモードで6keVでのエネルギー分解能320eV (FWHM)，読み出しノイズ35e (rms)を達成，Mn-KαとKβの分離した．ピクセル内回路がセンサー内部の電場を乱し，電荷収集効率を減ずることがわかった．ピクセル回路の配置を変更し，解決した． 時間分解能10μ秒，スループット1kHzでのイベント駆動読み出しに成功した．

研究成果

• [雑誌論文] Improvement of Spectroscopic Performance using a Charge-sensitive Amplifier Circuit for an X-Ray Astronomical SOI Pixel Detector (2015)
  • 著者名/発表者名: Ayaki Takeda, Takeshi Go Tsuru, Takaaki Tanaka, Hiroyuki Uchida, Hideaki Matsumura, Yasuo Arai, Koji Mori, Yusuke Nishioka, Ryota Takenaka, Takayoshi Kohmura, Shinya Nakashima, Shoji Kawahito , Keiichiro Kagawa , Keita Yasutomi, Hiroki Kamehama, and Sumeet Shrestha
  • 雑誌名: JINST 巻: 印刷中
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Investigation of charge-collection efficiency of Kyoto's X-ray astronomical SOI pixel sensors, XRPIX (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsumura, Hideaki; Tsuru, Takeshi Go; Tanaka, Takaaki; Nakashima, Shinya; Ryu, Syukyo G.; Takeda, Ayaki; Arai, Yasuo; Miyoshi, Toshinobu
  • 雑誌名: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A 巻: 765 ページ: 183-186
  • DOI: 10.1016/j.nima.2014.05.025
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Investigation of Charge-Collection Efficiency of Kyoto's X-ray Astronomical SOI Pixel Sensor, XRPIX (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsumura, Hideaki; Tsuru, Takeshi Go; Tanaka, Takaaki; Nakashima, Shinya; Arai, Yasuo; Takeda, Ayaki; Mori, Koji; Nishioka, Yusuke; Takenaka, Ryota; Kohmura, Takayoshi
  • 雑誌名: Suzaku-MAXI 2014: Expanding the Frontiers of the X-ray Universe, proceedings of a conference held 19-22 February, 2014 at Ehime University, Japan. Edited by M. Ishida, R. Petre, and K. Mitsuda 巻: 1 ページ: 176-176
• [雑誌論文] Development and Performance of Kyoto's X-ray Astronomical SOI pixel (SOIPIX) sensor (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsuru, Takeshi G.; Matsumura, Hideaki; Takeda, Ayaki; Tanaka, Takaaki; Nakashima, Shinya; Arai, Yasuo; Mori, Koji; Takenaka, Ryota; Nishioka, Yusuke; Kohmura, Takayoshi; Hatsui, Takaki; Kameshima, Takashi; Ozaki, Kyosuke; Kohmura, Yoshiki; et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 9144 ページ: 914412-914412
  • DOI: 10.1117/12.2057158
• [雑誌論文] Design and Evaluation of a SOI Pixel Sensor for X-ray Trigger-driven Readout (2013)
  • 著者名/発表者名: Ayaki Takeda, Yasuo Arai, et al
  • 雑誌名: IEEE Trans.on Nucl. Sci., Vol. PP, Issue 巻: 99 号: 2 ページ: 586-591
  • DOI: 10.1109/tns.2012.2225072
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tests With Soft X-rays of an Improved Monolithic SOI Active Pixel Sensor (2013)
  • 著者名/発表者名: 丸藤竜之介、他
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Nuclear Science (TNS) 巻: 60 号: 1 ページ: 465-469
  • DOI: 10.1109/tns.2012.2231880
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development and characterization of the latest X-ray SOI pixel sensor for a future astronomical mission (2013)
  • 著者名/発表者名: Shinya Nakashima, Syukyo Gando Ryu, Takaaki Tanaka, Takeshi Go Tsuru, Ayaki Takeda, Yasuo Arai, Toshifumi Imamura, Takafumi Ohmoto, Atsushi Iwata
  • 雑誌名: NIM A 巻: 未定
  • 査読あり
• [雑誌論文] Progress in Development of Monolithic Active Pixel Detector for X-ray Astronomy with S01 CMOS Technology (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinya Nakashima
  • 雑誌名: Physics Procedia 巻: 37 ページ: 1-373
  • DOI: 10.1016/j.phpro.2012.04.100
  • 査読あり
• [雑誌論文] Progress in Development of Monolithic Active Pixel Detector for X-ray Astronomy with SOI CMOS Technology (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Nakashima, T.G.Tsuru, et al
  • 雑誌名: NIM A 巻: (Accepted)
  • 査読あり
• [雑誌論文] First Performance Evaluation of an X-Ray SOI Pixel Sensor for Imaging Spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: 丸藤竜之介, 他
  • 雑誌名: IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE 巻: 58 号: 5 ページ: 2528-2536
  • DOI: 10.1109/tns.2011.2160970
  • 査読あり
• [雑誌論文] esign and Development of Trigger-driven Readout with X-ray SOI Pixel Senso (2011)
  • 著者名/発表者名: S.G.Ryu, T.Tsuru, et al
  • 雑誌名: IEEE NSS Conf.Record (NSS/MIC) 2011
• [学会発表] XRPIXの開発計画 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鶴 剛
  • 学会等名: SOI新学術領域研究会
  • 発表場所: 金沢工業大学
  • 年月日: 2014-11-26 – 2014-11-27
• [学会発表] SOI技術を用いた新型X線撮像分光器の開発10: 開発の現状 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鶴剛, 松村英晃, 武田彩希, 田中孝明 (京大理), 中島真也 (ISAS/JAXA), 新井康夫 (KEK), 森浩二, 竹中亮太, 西岡祐介 (宮崎大工), 幸村孝由 (東京理科大), 初井宇記, 尾崎恭介, 香村芳樹, 和賀井達也, 武井大 (理研), 亀島敬 (JASRI), 川人祥二, 香川景一郎, 安富啓太, 亀濱博紀, Sumeet Shrestha (静岡大電子工学研究所)
  • 学会等名: 日本天文学会
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] Development and Performance of Kyoto's X-ray Astronomical SOI pixel (SOIPIX) sensor (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsuru, Takeshi G.; Matsumura, Hideaki; Takeda, Ayaki; Tanaka, Takaaki; Nakashima, Shinya; Arai, Yasuo; Mori, Koji; Takenaka, Ryota; Nishioka, Yusuke; Kohmura, Takayoshi; Hatsui, Takaki; Kameshima, Takashi; Ozaki, Kyosuke; Kohmura, Yoshiki; Wagai, et al.
  • 学会等名: SPIE Astronomical Telescopes and Instrumentation
  • 発表場所: モントリオール, カナダ
  • 年月日: 2014-06-22 – 2014-06-27
• [学会発表] Development and Performance of Kyoto's X-ray Astronomical SOI pixel sensor (2014)
  • 著者名/発表者名: T.G.Tsuru, H. Matsumura, A.Takeda, T.Tanaka (Kyoto U.), Y.Arai (KEK), K.Mori, Y.Nishioka, R.Takenaka (U. Miyazaki), T.Kohmura (Tokyo U. of Science), S.Nakashima (ISAS/JAXA), T. Hatsui, T. Kameshima, K.Ozaki, Y.Kohmura, T. Wagai, D.Takei (Riken), S. Kawahito (Shizuoka U.)
  • 学会等名: FEE2014
  • 発表場所: Argonne National Labo, USA
  • 年月日: 2014-05-20 – 2014-05-23
• [学会発表] Development and Performance of Kyoto's X-Ray Astronomical SOI Pixel Sensor (2014)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Tsuru
  • 学会等名: FEE2014
  • 発表場所: Argonne National Laboratory, アルゴンヌ市, イリノイ州, 米国
  • 招待講演
• [学会発表] Development of Kyoto’s X-ray Astronomical SOI pixel sensor (2013)
  • 著者名/発表者名: S.G. Ryu, S.Nakashima, Matsumura, T.Tanaka, A.Takeda, Y.Arai, T. Imamura, A. Iwata, T. Ohmoto, T. Maeda, M. Bautz, G.Y.Prigozhin, S.E.Kissel, B.LaMarr, R.F.Foster
  • 学会等名: SOI Collaboration Meeting at Krakow
  • 発表場所: Krakow, Poland
• [学会発表] Development of a Fully Depleted Back Illumination Sensor Based on SOI CMOS Technology for Future X-Ray Astronomy Satellites (2013)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Matsumura, S. Nakashima, T. G. Tsuru, T. Tanaka, A. Takeda, Y. Arai, T. Miyoshi, R. Ichimiya, T. Imamura, T. Ohmoto, A. Iwata
  • 学会等名: HSDT9
  • 発表場所: Hiroshima, JAPAN
• [学会発表] Development of SOI Pixel Sensors for X-ray Astronomy (2013)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Tanaka, Shinya Nakashima, Hideaki Matsumura, Takeshi Go Tsuru, Ayaki Takeda, Yasuo Arai
  • 学会等名: IEEE NSS 2013
  • 発表場所: Soule, Korea
• [学会発表] Development and Performance of Kyoto’s X-ray Astronomical SOI pixel sensor Sensor (2013)
  • 著者名/発表者名: S.G. Ryu, S.Nakashima, Matsumura, T.Tanaka, A.Takeda, Y.Arai, T. Imamura, A. Iwata, T. Ohmoto, T. Maeda, M. Bautz, G.Y.Prigozhin, S.E.Kissel, B.LaMarr, R.F.Foster
  • 学会等名: SDW2013
  • 発表場所: Florence, Italy
• [学会発表] Development and Performance of Kyoto's X-ray Astronomical SOI pixel sensor (2012)
  • 著者名/発表者名: T.G.Tsuru, S.G. Ryu, S.Nakashima, A.Takeda, Y.Ara, T. Imamura, A. Iwata, T. Ohmoto, T. Maeda, M. Bautz, G.Y.Prigozhin, S.E.Kissel, B.LaMarr, R.F.Foster,. Nakajima, H. Tsunemi, J.P.Doty
  • 学会等名: SPIE
  • 発表場所: Amsterdam
• [学会発表] Development and Performance of X-ray Astronomical SOI pixel sensor (2011)
  • 著者名/発表者名: T.G.Tsuru, et al
  • 学会等名: IEEE NSS/MIC 2011
  • 発表場所: スペイン,バレンシア
  • 年月日: 2011-10-25
• [学会発表] esign and Development of Trigger-driven Readout with X-ray SOI Pixel Senso (2011)
  • 著者名/発表者名: S.G.Ryu, T.Tsuru, et al
  • 学会等名: IEEE NSS/MIC 2011
  • 発表場所: スペイン,バレンシア
  • 年月日: 2011-10-25
• [学会発表] Development of a built-in Analog-to-DigitalConverter for a X-ray AstronomyDetector with the SOI CMOS Technology (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Nakashima, T.G.Tsuru, et al
  • 学会等名: IEEE NSS/MIC 2011
  • 発表場所: スペイン,バレンシア
  • 年月日: 2011-10-25
• [備考] 次世代衛星用X線SOIピクセルカメラ
  • URL: http://www-cr.scphys.kyoto-u.ac.jp/member/ryu/html/SOIPIX.html
• [備考] SOIPIX
  • URL: http://www-cr.scphys.kyoto-u.ac.jp/member/ryu/html/SOIPIX.html
• [備考]
  • URL: http://www-cr.scphys.kyoto-u.ac.jp/member/ryu/html/SOIPIX.html