Study of X-ray detector using Superconducting Tunnel Junction with Silicon Pixel Absorber

硅像素吸收体超导隧道结X射线探测器研究

• 批准号: 22K12676
• 负责人: 志岐 成友
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K12676/
• 关键词: 超伝導検出器; フォノン; Ｘ線検出器; モンテカルロシミュレーション; 機器分析; 放射光; 超伝導検出器; フォノン; Ｘ線検出器; モンテカルロシミュレーション; 機器分析; 放射光

X線吸収分光法は、着目する元素の吸収端近傍における吸収スペクトルを詳細に測定することにより、電子状態や結合距離などナノ構造を分析する手法である。XRD, XPS やEELS と異なり、特定元素周辺のナノ構造をバルク/表面・導体/絶縁体の状態を問わず分析できることが利点で、半導体・電極材料・触媒などの材料開発に欠かせない分析手段の一つである。特に部分蛍光収量法により特性X線を分離できれば微量元素も分析できる。部分蛍光収量法によるX線吸収分光法の検出器には、感度、エネルギー分解能、計数率が優れていることが求められる。一般には半導体検出器が用いられるが、エネルギー分解能が100eV程度であるため、微量元素の分離検出は難しいことが多い。ここで超伝導トンネル接合(STJ: superconducting tunnel junction)検出器を用いると、15eV 程度の優れたエネルギー分解能、1 mm2 の大面積、1Mcps の高計数率により、元素ごとの特性X線を分離して超高感度分析が可能となる。STJ検出器にシリコンピクセル吸収体(SPA: Silicon pixel absorber)を付与すると、Ｘ線吸収スペクトルが測定できる帯域を従来の 1 keV 以下から 15 keV 付近にまで拡大でき、分析できる元素が大幅に拡大する。しかし、SPAを有するSTJ検出器についての研究は、動作原理や最適な形状など、基礎的な部分についてさえ不十分であり、過去に試作されたSPA-STJ検出器のエネルギー分解能は半導体検出器と同等で、実用の一歩手前である。そこで本研究は、SPA-STJ検出器のエネルギー分解能を向上させることを目的として、SPAの形状がエネルギー分解能に与える影響を、試作とシミュレーションの両面から研究する。

X射线吸收光谱是一种通过详细测量感兴趣元素吸收边缘附近的吸收光谱来分析纳米结构（例如电子状态和粘结距离）的技术。与XRD，XPS和EEL不同，优势是它可以分析特定元素的纳米结构，而不论散装/表面/导体/绝缘子状态如何，这使其成为开发半导体，电极材料，催化剂和其他材料的基本分析方法之一。特别是，如果特征X射线可以通过部分荧光产量法分离，则也可以分析痕量元素。使用部分荧光产量方法进行X射线吸收光谱的检测器必须具有出色的灵敏度，能量分辨率和计数速率。尽管通常使用半导体检测器，但由于能量分辨率约为100 eV，因此痕量元素的分离和检测通常很难。在这里，使用超导隧道连接器（STJ）检测器，约15EV的优质能量分辨率，1 mm2的大面积和1 MCP的高计数速率使每个元素可以分开特征X射线并进行超高灵敏度分析。当将硅像素吸收器（SPA）应用于STJ检测器时，可以测量X射线吸收光谱的条带可以从常规1 KEV以下扩展到15 keV，从而导致可以分析的元素的显着扩展。然而，即使对于基本方面（例如操作原理和最佳形状），对具有SPA的STJ探测器的研究也不足，并且先前原型的SPA-SPA-STJ探测器的能量分辨率与半导体探测器相当，使它们更接近实际使用。因此，这项研究旨在改善SPA-STJ检测器的能量分辨率，并研究水疗形状对原型和仿真的能量分辨率的影响。