リチウムドリフト法とイオン注入法を組み合わせた新型シリコン検出器の開発 -長期安定で厚肉な宇宙重粒子線検出器を目指して-

锂漂移法与离子注入法相结合的新型硅探测器的开发 - 瞄准长期稳定的厚宇宙重离子束探测器 -

基本信息

批准号：
09740218
负责人：
柏木利介
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Kanagawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09740218/
关键词：
放射線検出器シリコン検出器リチウム・ドリフト法

项目摘要

周囲環境に弱い金蒸着電極を使用した従来のLiドリフト法による検出器に代わって、本研究ではSi表面にボロン(B)を高濃度にドープし、Liドリフト法と組み合わせることによってPN接合をSi内部に作り、厚肉でしかも表面安定なSi検出器(B-Si(Li)と呼ぶ)を製作することを目的としている。昨年度は、この製作方法が有効であることが立証できたが、漏れ電流増加が認められたので、今年度はこの問題に対して試作検討を行なった。用いた方法は、検出器の周囲にリング状に数本のP層を形成し、透き間をLiがドリフトされたN層として表面をPNPNという構造にしたことである。このPリング電極をガードリングとして使用したところ、3インチφで4mmtの検出器において数μAという体積漏れ電流と一致した良好な値が得られた。しかし、この方法ではガードリングと検出器中心の放射線に対して有感な部分に別々に電圧を印加しなければならず、実用上はリード線や抵抗が増えるなど不都合な場合が多い。この対処法としては製作したPリング電極と共に、最も外側の部分にNリング電極を付けた、PストップおよびNストップ法によって電流を減少させていく方法が有効だと考えられ、今後はこの方法を試してみる予定である。また、放射線医学総合研究所(HIMAC)で800MeV/nのエネルギーを持ったSi重粒子入射によるテストを行ない、B-Si(Li)検出器の全面を突き抜けさせた際に付与されたエネルギー損失として4.5%(FWHM)の幅が得られた。この結果はB-Si(Li)検出器によって作られた空乏層の厚さの精度を表しており、ストラグリングが3%程度あることも含めて、Bドープを行なった内部に厚さのむらの無い空乏層が形成されていることがわかった。

传统的锂漂移法探测器采用对周围环境敏感的金蒸发电极，在这项研究中，我们在硅表面掺杂高浓度的硼（B），并将其与锂漂移法结合起来形成一个该项目的目的是创建具有稳定表面的厚硅探测器（称为 B-Si (Li)）。去年，我们证明了这种制造方法是有效的，但观察到漏电流增加，所以今年我们进行了试生产研究来解决这个问题。采用的方法是在探测器周围形成环形的多个P层，并使用间隙中漂移有Li的N层在表面形成PNPN结构。当将该P环电极用作保护环时，在3英寸φ和4mmt探测器中获得了与数μA的体积漏电流一致的良好值。然而，采用这种方法，必须分别向保护环和探测器中心的辐射敏感部分施加电压，这在实践中常常不方便，因为引线和电阻增加。解决这个问题的一个有效方法是在制作好的P环电极的最外层附加一个N环电极，并使用P-stop和N-stop方法降低电流。我们将继续使用这种方法我计划在未来尝试一下。此外，国立放射线科学研究所（HIMAC）使用能量为800 MeV/n的Si重粒子进行了测试，粒子穿透B-Si（Li）探测器整个表面时造成的能量损失为测得的宽度为 4.5% (FWHM)。该结果显示了 B-Si(Li) 探测器产生的耗尽层厚度的准确性，并且 B 掺杂内部内部的厚度没有不均匀性，包括大约 3% 的偏差。发现形成了耗尽层。