極限環境下で使用可能な人工ダイヤモンド放射線検出器・半導体デバイスの開発

开发可在极端环境下使用的人造金刚石辐射探测器和半导体器件

基本信息

批准号：
13J02500
负责人：
嶋岡毅紘
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J02500/
关键词：
電荷キャリア輸送特性エネルギー分解能 DD中性子計測 Fano因子単結晶CVDダイヤモンド DT中性子エネルギースペクトロメータ CVDダイヤモンド慣性核融合電荷収集効率ダイヤモンド放射線検出器

项目摘要

最終年度は(1)高速点火方式慣性核融合におけるDD中性子計測、(2)ダイヤモンド放射線検出器のFano因子評価、半導体デバイス作製の一環として(3)ダイヤモンドアバランシェダイオード作製の3つに取り組んだ。(1)では前年度まで行ってきたノイズ対策をさらに発展させ、自作した銅製ファラデーケージの導入により爆縮時の電磁ノイズをオシロスコープ量子化誤差程度まで低減、米国NIFよりも3桁以上低い10^8 neutrons/shot台の中性子発生数においても中性子信号の観測に成功した。(2)では前年度に電荷キャリア輸送特性を改善したダイヤモンド放射線検出器に対しα線を用いて詳細なエネルギー分解能評価を行い、ダイヤモンド放射線検出器として初めて実験的にFano因子を得た。シリコン表面障壁型半導体検出器との比較により電子正孔対平均生成エネルギー：ε＝13.1eVを得た。エネルギー分解能の実測値は0.3086±0.004%とダイヤモンド放射線検出器としてトップクラスの値を得た。回路ノイズを誤差伝搬の式により差し引いて得られた検出器固有エネルギー分解能は0.2250±0.0004%であった。実験的に求めたこれらの値からファノ因子F = 0.382±0.007を得た。また、導電性基板上への気相成長を行い、キャリア輸送特性のさらなる改善を試みたが、大幅な輸送特性改善は見られなかった。(3)のアバランシェダイオード作製への取り組みではダイヤモンド上に線幅１μm、100μmピッチの細線パターンを電子ビームリソグラフィにより作製マイクロプロバーシステムでコンタクトを取りα線誘導電荷量分布測定を行った。細線部に対してコネクタの上限である250Vを印可したが優位な信号の増幅は観測されなかった。

在最后一年，我做了三件事：(1) 快点火惯性聚变中的 DD 中子测量，(2) 金刚石辐射探测器的 Fano 因子评估，以及 (3) 作为半导体器件制造一部分的金刚石雪崩二极管的制造。在（1）中，我们进一步发展了去年实施的噪声对策，通过引入自制的铜法拉第笼，将内爆时的电磁噪声降低到示波器量化误差的水平，这比比美国 NIF10 低三个数量级^ 即使在 8 个中子/发射的中子产生率下，我们也成功地观测到了中子信号。在(2)中，我们利用α射线对前一年改进了载流子传输特性的金刚石辐射探测器进行了详细的能量分辨率评估，并首次通过实验获得了金刚石辐射探测器的Fano因子。通过与硅表面势垒型半导体探测器的比较，我们得到了电子-空穴对的平均产生能量：ε=13.1 eV。测得的能量分辨率为0.3086±0.004%，这是金刚石辐射探测器的最高值之一。使用误差传播方程减去电路噪声得到的探测器的比能量分辨率为0.2250±0.0004%。根据这些实验确定的值，获得 Fano 因子 F = 0.382±0.007。我们还尝试通过在导电基板上进行气相生长来进一步改善载流子传输性能，但没有观察到传输性能的显着改善。 (3) 在制作雪崩二极管时，采用电子束光刻技术在金刚石上制作了线宽为 1 μm、间距为 100 μm 的细线图案，并使用微探针系统。尽管对细线部分施加了连接器上限250V，但没有观察到明显的信号放大。

项目成果

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Response measurement of single-crystal CVD diamond radiation detector for intense X-rays aiming at neutron bang-time and neutron burn-history measurement on an inertial confinement fusion with fast ignition

单晶CVD金刚石辐射探测器强X射线响应测量，针对快点火惯性约束聚变中子爆炸时间和中子燃烧历史测量

DOI：
10.1063/1.4921482
发表时间：
2015
期刊：
Review of Scientific Instruments
影响因子：
1.6
作者：
T. Shimaoka;J. H. Kaneko;Y. Arikawa;M. Isobe;Y. Sato;M. Tsubota;T. Nagai;S. Kojima;Y. Abe;S. Sakata;S. Fujioka;M. Nakai;H. Shiraga;H. Azechi;A. Chayahara;H. Umezawa;S. Shikata,
通讯作者：
S. Shikata,

Influence of Nitrogen impurities reduction and methane concentration on Charge collection efficiency and Cathode luminescence spectra of self-standing single-crystal CVD diamond growth on HP/HT type IIa diamond

氮杂质减少和甲烷浓度对 HP/HT IIa 型金刚石上自支撑单晶 CVD 金刚石生长电荷收集效率和阴极发光光谱的影响