| 研究課題/領域番号 |
23H00099
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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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 |
中区分14:プラズマ学およびその関連分野
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| 研究機関 | 静岡大学 |
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研究代表者 |
中野 貴之 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (00435827)
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| 研究分担者 |
青木 徹 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (10283350)
本田 善央 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (60362274)
牧野 高紘 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子技術基盤研究所 量子機能創製研究センター, 主幹研究員 (80549668)
若林 源一郎 近畿大学, 原子力研究所, 教授 (90311852)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2026年度)
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| 配分額 *注記 |
47,320千円 (直接経費: 36,400千円、間接経費: 10,920千円)
2026年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
2025年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
2024年度: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円)
2023年度: 18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
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| キーワード | 中性子検出 / 半導体検出器 / イメージングセンサー / BGaN / III族窒化物半導体 / III族窒化物 / 窒化ガリウム / 疑似直接検出 / イメージセンサー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
中性子イメージング技術は、新たな非破壊イメージング技術として開発が行われ、様々な検出器開発により解像度の向上がなされている。しかしながら、電荷を持たない中性子検出を実現するために中性子捕獲層と検出層が必要であり、報告されている中性子イメージングは各層が独立した間接検出法により行われたものである。更なる解像度向上を目指すためには、捕獲層と検出層が一体となった直接検出法でのイメージングが期待される。本研究課題では、中性子捕獲元素であるB原子を半導体構成元素として含有する BGaN半導体検出器により、中性子捕獲と信号検出を同一層で行う疑似直接検出法を用いた超高解像度イメージングの実現を目指す。
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| 研究実績の概要 |
BGaN中性子検出器を用いて超高解像度イメージングセンサーの実現に向けた研究開発を推進する。中性子捕獲元素である10B元素を含むBGaNは、中性子を半導体層中で捕獲と検出ができる疑似直接検出可能な新しい検出器として提案および開発を行っている。本研究では、BGaN中性子検出器を用いた超高解像度イメージングセンサーの実現を目指して、各技術検討として「高品質BGaN半導体結晶の作製方法の開発」、「BGaNイメージングセンサーのデバイス作製プロセス開発」、「BGaN検出器による疑似直接検出の検出特性の詳細評価」を実施している。
昨年度までに得られた知見をもとに、BGaN膜厚がそれぞれ1um、3um、5umのpin-BGaNダイオードの作製を行いデバイス特性評価として放射線検出特性の詳細な評価を実施した。特に、検出特性に優れた結果を示したのは、最も薄い1umで作製したB濃度1%程度のBGaNデバイスであった。この結果をベースに、イメージングセンサーの試作を行った。サファイア基板上およびＳｉ基板上に作製したpinダイオードを読み出し回路に貼り合わせを行ったが、熱膨張係数差による基板反りから貼り合わせが出来ない結果となった。そこで、GaN自立基板を用いて再成長プロセスを用いた縦型BGaNダイオードデバイス作製を行い、反りのないチップを用いて貼り合わせを実施した。プロセス技術の検討により、貼り合わせを達成し、マルチピクセルアレイの動作を確認するに至った。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
結晶成長技術およびプロセス技術の検討により、マルチピクセルアレイ構造の試作を達成しており、今後特性評価を実施することで中性子イメージングの実現が期待される。
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| 今後の研究の推進方策 |
作製したイメージングセンサーの動作および詳細な評価を実施する。特に、自立基板を用いたBGaNデバイス自体が初めての作製事例であり、十分な特性評価が必要である。また、比較するデバイスや動作不良の原因などについて、評価が難しいといった問題点がある。
そこで、GaN自立基板上へのpin-GaNダイオードも同様に作製し、放射線検出特性などを評価する。特に、マルチピクセルアレイ構造での電気特性など、様々な評価を丁寧に行うことで、BGaNイメージングセンサーの実現に向けた基盤技術を構築する。
また作製プロセスについては、特性向上に向けたデバイスプロセス開発および、結晶成長技術開発を実施する。結晶成長条件において、これまで未検討であった条件で、結晶性に大きな変化を与えることが確認されたため、改めて条件検討などを行い結晶性向上および結晶成長メカニズムの解明を目指す。
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