| 研究課題/領域番号 |
19K05680
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| 研究機関 | 桐蔭横浜大学 |
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研究代表者 |
池上 和志 桐蔭横浜大学, 医用工学部, 教授 (30375414)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | ペロブスカイト / X線 / 放射線検出 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、ヨウ化鉛系ペロブスカイト化合物であるヨウ化鉛メチルアンモニウム(MAPbI3)をはじめとする化合物群を、ガンマ線またはＸ線を検出する素子の受光部として用いるための材料選定、素子作製、ならびに素子の特性評価を行うことを目的としている。
昨年度より、ペレットとするペロブスカイト材料を、市販のCsPbBr3粉末を用いる検証を始めた。CsPbBr3は、MAPbI3と比較して安定であり、さらに、他研究機関において、単結晶を用いたX線の検出に関する研究も進められている。具体的には、CsPbBr3単結晶を用いたX線検出素子では、実用化されているのa-Se検出器の60倍以上の感度を示すことも報告されている。従来のCsPbBr3結晶の作製は、溶液中で大きな単結晶を成長させる方法であった。そこで、本検討では、ダイスと熱プレ ス機によって、市販のCsPbBr3粉末を押し固める方法による電極作製を試みた。荷重、時間、温度のパラメータを変えながら、作製を行った。粉末を押し固める方法により、再結晶法よりも効率的に検出素子を作製できる可能性を検証した。
作製したペレットに、スパッタ法により電極を形成し、50Vの電圧を印加しながらX線感度を測定した結果、400～500 μC/Gy cm2の感度がえられた。しかしながら、この感度は、再結晶法で作製した単結晶ペレットの検出感度の約半分にとどまった。
SEMによる表面の観察の結果、熱プレス法では、微結晶が押し固められてはいたが、単結晶の形成にはいたらなかった。ペレットの形成条件と、X線感度の相関関係について、さらに検討が必要である。本研究では、ペレット作製とは別に、鉛ハライドペロブスカイトを用いた光電変換素子を作製し、ペロブスカイトの放射線等に対する耐久性の検討も進めた。
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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
X線検出素子としてのターゲットとして、CsPbBr3を選択することができた。本研究で進める熱プレス法によりペレットを作製し、既報の溶液再結晶で作製された単結晶の約半分の感度をえることができた。非効率の原因は、ＳＥＭ、ＸＲＤ等により評価が可能であり、放射線に対する感度の高いペレットの作製条件について、研究方針を立てやすい状況となった。
しかしながら、2020年度は、コロナ禍により研究活動が大幅に制限されたこともあり、研究には大きな進展を見出すことができなかった。また、学会等の参加も制限をされたため、情報収集の面でも遅れをとった。また、当初計画をしていた放射線等の耐久性試験も計画どおりに実施することができなかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
無機系ペロブスカイトであるCsPbBr3を、試薬メーカ―より購入し、それを用いて放射線に感度のある1mm厚のペレットを作製することに成功した。ペレットの厚みは放射線 を吸収できること、ならびに、感度S/N比の向上のためにも重要である。
性能向上には、暗電流の抑制が必要であり、その測定のために、50V/mm以上を印加できるソースメータのシステムを研究室に導入した。新規に導入した装置と計測ソフトウェアによりペレットの作製と暗電流特性の測定の効率化をはかる。暗電流特性と、ペレットの透過率と表面粗さにも相関を明らかにし、Ｘ線検出素子の作製効率化に向けた指標を示すことを目指す。透過率の高さはペレット内部のペロブスカイト結晶の欠陥の少なさにも関係していると予測されるため、引き続き、バイアス電圧印加時の暗電流特性と、透過率と表面粗さの関係について調査を進める。さらに、スパッタならびに蒸着により形成する電極の作製法についても、文献等を参考に検証を進める。
ペレットの作製では、結晶をメノウ乳鉢ですりつぶすなど、熱プレス前の前処理の方法についても検討を進める。 メノウ乳鉢等で結晶の微細化できれば、次の段階として、他元素を添加したペレットの作製を試みる。具体的には、すでに実績のあるCsPbBr3に、BiI3等の放射線を吸収しうる重元素を構成要素とするハロゲン化物を、メノウ乳鉢で粉砕し、ペレット化する。他元素の添加により、暗電流の抑制と放射線の検出感度が向上するか確かめる。放射線検出の実験については、公設試験研究機関などで実施ができるよう準備する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
ペロブスカイトペレットの暗電流測定を測定するための電流電圧特性の測定法の仕様が定まらなかったこと。また、放射線耐久性に関わる予定していた研究が、コロナ禍で行うことができなかったこと。
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