気相成長ダイヤモンド薄膜による荷電粒子飛跡検出の研究

气相生长金刚石薄膜带电粒子径迹探测研究

• 批准号: 10874045
• 负责人: 吉田 拓生
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Osaka City University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10874045/
• 关键词: 人工ダイヤモンド; 荷電粒子検出器; 素粒子実験

これまでに入手した3種の人工ダイヤモンド薄膜((1)気相成長ダイヤ、(2)不純物窒素含有率115ppmの高温高圧合成ダイヤ、(3)不純物窒素含有率1ppm以下の高温高圧合成ダイヤ)の中で荷電粒子検出器の素材として最も適した特性を示す気相成長ダイヤ(試料(1))について、さらに詳しい性能評価を行うため、荷電粒子検出効率の極板間電場依存性および長時間安定性を測定した。この試料は7.5V/μm以上の電場で電気的絶縁が破れることが分かり、これ以上高い電場はかけられなかったが、検出効率は5V/μm以上の電場で95%を上回ることが分かった。この検出器は、電場をかけた直後から出力信号の波高が安定するまでに5〜6時間を要したが、十分高い電場をかけておけば、波高が不安定でも高い検出効率を維持することができた。一方、試料(3)は、不純物として含有する窒素の量が最も少なく、このため荷電粒子を照射したときに最も大きな信号が得られるものの、電気的絶縁性が悪く、暗電流によるショットノイズが大きくなってしまう。同種の試料を複数個作製し、電気的な特性に個体差があるかどうかを試験したが、絶縁性は改善されなかった。これは、高温高圧合成の過程で溶媒として用いるニッケル等の金属が微量に混入しているためと考えられる。同様の方法で合成される試料(2)にも微量の金属が混入しているはずであるが、試料(2)は不純物として窒素を大量に含んでいるため、絶縁性は高い。しかし、試料(2)で作った検出器は、7.5V/μm程度の電場をかけても信号が小さく、検出効率はかろうじて90%に達する程度であった。結論として、今回調べた3種の人工ダイヤモンド薄膜のなかで、気相成長ダイヤモンド(試料(1))は荷電粒子検出器の素材として実用化可能であることが分かった。

迄今为止获得了三种类型的人造金刚石薄膜（（1）气相生长金刚石，（2）杂质氮含量为115 ppm的高温高压人造金刚石，以及（3）高温高压合成金刚石杂质氮含量≤1ppm的压力人造金刚石）。为了对气相生长金刚石（样品（1））进行更详细的性能评估，该金刚石表现出最适合带电粒子探测器材料的特性，我们研究了带电粒子探测效率对之间电场的依赖性。电极及其长期稳定性进行了测量。结果发现，该样品的电绝缘在7.5 V/μm或更高的电场下被破坏，尽管无法施加更高的电场，但在5 V/μm的电场下检测效率超过95%。 V/μm 或更高。使用该检测器，施加电场后输出信号的波高需要5至6小时才能稳定，但如果施加足够高的电场，即使波高不稳定也能保持高检测效率完成了。另一方面，样品(3)含有最少量的氮作为杂质，因此当用带电粒子照射时提供最大的信号，但由于暗电流而具有差的电绝缘性和大的散粒噪声。制作多个同型号样品进行测试，看电性能是否存在个体差异，但绝缘性能并未得到改善。这被认为是由于存在微量金属（例如镍），这些金属在高温高压合成过程中用作溶剂。使用类似方法合成的样品（2）也必须含有少量金属，但样品（2）含有大量氮作为杂质，因此具有高绝缘性能。然而，使用样品(2)制成的检测器即使在施加约7.5V/μm的电场时也产生很小的信号，并且检测效率勉强达到90％。总之，在本次研究的三种类型的人造金刚石薄膜中，发现气相生长金刚石（样品（1））可以作为带电粒子检测器的材料实用化。