新開発半導体を用いた低エネルギープラズマイオン検出素子の開発

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08780443
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 近藤 真史 筑波大学, 物理学系, 講師 (70222247)
• キーワード: プラズマ / 半導体新感度理論 / 絶縁層 / 半導体イオン検出器 / 斜入射式イオン計測器 / 端損失粒子 / イオンエネルギースペクトル / プラズマ閉じ込め電位

研究概要

半導体検出器のプラズマX線やイオン、並びに電子等に対する感度について、我々が最近提唱した半導体X線検出器新感度理論を用いると実験データを詳細に説明できる事を明らかにした。本研究では、この我々の半導体新感度理論を応用して、通常の半導体表面の絶縁層(SiO_2)に適量のN_2を付加する事等により、(i)この絶縁層と有感度層間での入射プラズマイオンの捕捉による半導体中での入射粒子の堆積・蓄積を防ぎ、これに起因する感度特性の経時的劣化を一掃した、新型プラズマイオン計測用半導体検出器の試作・開発を行ない、(ii)この様な絶縁層の工夫により、従来の検出器では計測不可能であった低温プラズマイオン(<1keV)測定用の新型半導体計測器を開発する事を研究目的としている。
半導体プラズマイオン検出器の開発は、米国のサンディア国立研究所、及び表面絶縁層制御実績に定評のある米国半導体メーカーIRD社のSiO_2表面層制御技術を用いて、検出器の作成に対する技術的支援、及び作成を行った。更にこのSiO_2層制御により、絶縁層を50Å以下の層厚とし、そこでのプラズマイオンエネルギー損失により、従来低エネルギーイオンが測れなかった点を、同時に解決できる見通しとなった。
この低エネルギーイオン計測用新型半導体検出器の性能の実証は、まず単色エネルギーイオン源により、半導体検出器感度のイオンエネルギー依存性を測定した。更に、この半導体検出器をガンマ10タンデムミラー装置端部に設置し、端部に流出するプラズマイオンを実際に計測した。この結果、従来の検出器に比べ2オーダー低いエネルギー(〜100eV)から感度を持ち、3-4オーダー検出効率の高い半導体イオン検出器の開発に成功した。また、この半導体検出器を用いたガンマ10の端損失イオンエネルギースペクトルが得られ、プラズマ閉じ込め電位、端損失イオン温度、端損失イオン流の計測が可能であることを確認した。

研究成果

• [文献書誌] M.Hirata et al.: "Plasma Diagnostics Using Vacuum Ulfrayiolet Radiation and Soft X-rays in the GAMMA10 Tandem Mirror Device" Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 80. 275-278 (1996)
• [文献書誌] J.Kohagura,M.Hirata et al.: "A Novel Analysis Method for Plasma Light and Soft X-ray Tomography Data Including the Three-Dimensional Diffusion in a Semiconductor Detector Array" Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. 80. 279-282 (1996)
• [文献書誌] T.Cho,M.Hirata et al.: "Development and Characterization of Semiconductor Ion Detectors for Plasma Diagnostics in the Range over 0.3KeV" Review of Scientific Instruments. 68. 324-327 (1997)
• [文献書誌] T.Cho,M.Hirota et al.: "Cheracterization of New Semiconductor Detectors for X-ray Tomography in the ASDEX Upgrade Tokamak and its Generalized Physics Interpretations" Review of Scientific Instruments. 68. 774-777 (1997)
• [文献書誌] Y.Sakamoto,M.Hirata et al.: "A Novel Differential Spectrum Ion-Energy Analyzer with Electrostatic Slanted Grids for Plasma Charged Ion Diagnostics" Fusion Engineering and Design. (印刷中). (1997)
• [文献書誌] T.Cho,M.Hirata et al.: "X-ray Diagnostics in the GAMMA10 Tandem Mirror" Fusion Engineering and Design. (印刷中). (1997)