中性子核変換ドーピングSi半導体(NTD-Si)製造用JRR-3高性能シリコン照射装置の概念設計

Conceptual design of JRR-3 automated silicon irradiation device for Neutron-Transmutation-Doped Silicon Semiconductor (NTD-Si) production

広瀬 彰; 和田 茂; 楠 剛 

Hirose, Akira; Wada, Shigeru; Kusunoki, Tsuyoshi

中性子核変換ドーピングSi半導体(NTD-Si)は高性能のパワーデバイスとしての高品位特性を有し、最近のハイブリッド車の増産に伴い需要が増大している。この需要増大に対応するため、中性子照射に適した日本原子力研究開発機構の研究炉(JRR-3, JRR-4, JMTR)を用いたNTD-Si増産の技術的課題に対する対策を進めている。その有効な対策の一つとしてJRR-3均一照射設備を利用した高性能シリコン照射装置の概念設計を行った。JRR-3の均一照射設備は、Siインゴット全体に対し均一に中性子照射を行うためSiインゴットを軸方向に上下反転して2度照射する方式が採用されており、反転作業を手作業で行っているため、シリコン照射装置内で許容線量率を下回るまで待つ必要があり、48時間以上の待機後に反転作業を行っている。照射設備の運転稼働率を高めSi生産量の増量を図るためには、待機時間を少なくすること及び手作業による操作工程を少なくする全自動化装置の製作を行うことが有効である。本報告書は、JRR-3均一照射設備として使用する高性能シリコン照射装置の概念設計に関するものである。

Neutron-Transmutation-Doped Silicon Semiconductor (NTD-Si) has good properties for the power device. In recent years the demand of NTD-Si has increased significantly due to mass production of hybrid-cars. We have been investigated the expansion technology of the NTD-Si productivity using the research reactors JRR-3, JRR-4 and JMTR of JAEA in order to meet the demand. The conceptual design of the automated silicon irradiation device using the JRR-3 Uniformity Irradiation System was carried out as one of the effective measures. After a Si ingot is irradiated once, it is turned over manually and irradiated again in order to irradiate the ingot uniformly. With the conventional equipment, it is necessary to wait radioactivity of the ingot decrease less than the permissible level with holding the ingot in the irradiation equipment. The waiting procedure takes 48 hours or more. Because the automated NTD-Si irradiation device reduces the manual operation process and the waiting time, it is effective to shorten the waiting period. This report is concerning the conceptual design of the automated silicon irradiation device for the JRR-3 Uniformity Irradiation System.