半導体量子ドットデバイスの放射線応答の調査と放射線検出器への利用

半导体量子点器件的辐射响应研究及其在辐射探测器中的应用

基本信息

批准号：
22K18716
负责人：
吉田斉
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、半導体量子ドット（半導体QD）の電離放射射線耐性及び、放射線検出器用のセンサーとしての利用の可能性を調査，研究する。中性子源を用いた測定では、中性子源が弱いために放射化したGaAs量が少ないという本質的な問題に加え，基板上で放射化した元素（主に198Au）の寿命が長く（64.66時間）、変化が明瞭で無いという点も課題として判明した。そのため、十分なエネルギーの放射線を照射した場合と照射していない場合の状態を短時間で切り替え可能であるような装置系の構築を行う事とした。真空中でも使用できるα線ソース（241Am，エネルギーは5.4メガ電子ボルト）を、クライオスタット外部から移動可能となる様に改造した。この機構によって基板上の，ある限られた領域に対して，放射線を照射した状況と非照射の状況を切り替えることが可能となった。使用したアルファ線ソースは、直径2.4ミリの円形の領域がアクティブであり、基板上の限られた領域にアルファ線を集中的に照射することが可能である。この機構を用いて、量子ポイントコンタクト(QPC)にアルファ線を照射した状態での電流値の振る舞いを調べた。試料はHeガスによる熱交換によって冷却され、実験中の温度は4.6 Kであった。QPCのドレイン-ソース間電圧とドレイン-ゲート間電圧の双方をある値に設定する。アルファ線を照射した状況で、100秒間ドレイン電流を測定する。測定頻度約1 Sample/sである。アルファ線を照射しない状態で100秒間ドレイン電流を測定する。４回くり返して測定を行う。ドレイン-ソース間電圧およびドレイン-ゲート間電圧を複数の組合せで測定を行ったが、アルファ線の照射／非照射で明瞭な差違は見られなかった。しかし、ドレイン電流が安定しておらず、統計的に有意な変化があったかどうかを詳細に解析しているところである。

在这项研究中，我们将调查和研究半导体量子点（半导体QD）的电离辐射电阻以及将其用作辐射探测器传感器的可能性。在使用中子源的测量中，除了由于中子源弱而导致活化的GaAs量少的固有问题之外，基板上的活化元素(主要是198Au)的寿命也很长(64.66小时)。还发现问题在于改动不明确。因此，我们决定构建一个能够在照射和不照射之间快速切换足够能量辐射的装置系统。 α射线源（241Am，能量5.4兆电子伏特）甚至可以在真空中使用，经过修改后可以从低温恒温器外部移动。这种机制使得可以在板上某个有限区域的照射和不照射之间进行切换。所使用的α射线源具有直径为2.4mm的圆形有效区域，使得可以用α射线集中照射基板上的有限区域。利用这种机制，我们研究了当量子点接触（QPC）受到α射线照射时电流值的行为。样品通过与He气热交换进行冷却，实验时温度为4.6 K。将 QPC 的漏极-源极电压和漏极-栅极电压设置为特定值。一边照射 α 射线，一边测量 100 秒的漏极电流。测量频率约为 1 Sample/s。在不照射 α 射线的情况下测量漏极电流 100 秒。重复测量四次。我们测量了漏极-源极电压和漏极-栅极电压的多种组合，但在α射线照射和未照射之间没有观察到明显的差异。然而，漏极电流并不稳定，我们正在进行详细分析，看看是否存在统计上显着的变化。