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シリコン半導体技術を用いたマイクロストリップ型検出器は、荷電粒手の局精度な位置測定のために高エネルギー実験では不可欠の装置になっている。現在までに建設された検出器はN型バルクを用いたもので、LHCなどの高放射線レベルでも稼働できるものであったが、さらに高輝度での実験では、センサーの全空乏化電圧の上昇のために作動しなくなる。我々は、システムの耐圧に達した場合は、部分空乏化の状態でも作動させることができるP型バルクを用いたセンサーを開発している。
P型バルクセンサーは、高純度のウェハーが入手しづらいことや、読み出し電極間にP-STOPなどの構造を入れる必要があるため良品率が上がらないなどの問題が生じやすい。実際に、市場で調達できるP型ウェハーを用いてP-STOPの構造や濃度、P-SPRAYの濃度を変え試験センサーを試作し、陽子線や中性子線を約5×10151-MeV中性子相当/cm2まで照射することで、センサー性能の評価を行った。また、コバルト線も照射し、電極分離など表面性能の変化を測定した。
試験センサー(1cm2)の耐圧は、濃度の高いP-SPRAYサンプルでの劣化が測定されたが、概ね、問題のないレベルが達成され、照射とともに耐圧性能は向上する傾向が分かった。収集電荷量はレーザーやβ線を用いて評価し、1015/cm2での劣化は500Vのバイアス電圧で50%程度であり、要求のレベルを達成できる見通しが立った。電子を集めるP型バルクでの電荷量の減少は、N型バルクに比べて顕著に少ないことが分かった。電極分離性能は、1015/cm2を超えるとP-STOP濃度が低いと劣化が顕著になり、コバルト照射でも、高濃度のP-STOPが望ましい傾向が得られた。
来年度の研究目標は、実機サイズ(100cm2)のセンサーを高耐圧で作成できるようなP-STOPの構造や濃度の確定である。
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