Effect of neutron irradiation on the electrical transport of boron nanobelt devices

ボロンナノベルトの電気伝導に及ぼす中性子照射の効果

桐原 和大*; 川口 建二*; 清水 禎樹*; 佐々木 毅*; 越崎 直人*; 木村 薫*; 山田 洋一; 山本 博之; 社本 真一  

Kirihara, Kazuhiro*; Kawaguchi, Kenji*; Shimizu, Yoshiki*; Sasaki, Takeshi*; Koshizaki, Naoto*; Kimura, Kaoru*; Yamada, Yoichi; Yamamoto, Hiroyuki; Shamoto, Shinichi

ボロンナノ構造体である単結晶ボロンナノベルト(BNB)を無触媒で作製し、ボロンの有する大きな熱中性子吸収断面積という特徴を生かし、ほかの半導体ナノワイヤでは実現不可能な、ナノスケール放射線センサの開発を試みた。熱酸化Si基板上に乗せた同位体濃縮BNB(B, 99%)の両端に電子線リソグラフィーで微細電極を加工した後、原子炉JRR-3Mで、一定の電圧を印加しながら、中性子(線束10cms)照射時の電流変化を測定した。Cd板を介して中性子線を線に変換して照射する実験も行った。その結果、中性子照射と線照射のいずれの場合も同様に、照射時に約1時間かけて伝導率が約20%上昇し、照射後は同じ時間で元の値に減衰した。これらの結果は、線による電気抵抗変化を検出していると思われる。さらに、中性子核変換数を5桁増やした中性子照射(線束310cms,照射時間6s)を行った結果、BNBのコンダクタンスは、照射前より28倍大きくなった。この増加は中性子核反応によるものであり、キャリアの移動度の増加が支配的要因である可能性が、電界効果特性から示唆された。

Isotopic B atom has large thermal neutron capture cross section. Li atom and particle as a product of the neutron reaction can change the electrical transport property of the boron-rich semiconductor because they provide carrier doping and lattice defects. We successfully synthesized catalyst-free single-crystalline boron nanobelts (BNBs) and clarified the electrical transport and photoconduction mechanism of individual nanobelt. The BNB device is promising candidates for solid-state neutron sensors with both high resolution and good discrimination performance between neutron and -ray. In the presentation, we discuss the performance of thermal neutron detection of BNB devices. Isotopic B enriched BNBs was synthesized to detect thermal neutrons efficiently. Electrical conductance of a nanobelt increased to eight times after the thermal neutron irradiation with a dose of 1.810 cm by the neutron reaction of B.