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Focused microbeam irradiation effects in transmission CVD diamond film detectors

透過型CVDダイヤモンド薄膜検出器における集束イオンビーム照射効果

加田 渉; 神谷 富裕; 岩本 直也; 小野田 忍; Grilj, V.*; Skukan, N.*; 牧野 高紘; 江夏 昌志; 佐藤 隆博; Jak$v{s}$i$'c$, M.*; 大島 武

Kada, Wataru; Kamiya, Tomihiro; Iwamoto, Naoya; Onoda, Shinobu; Grilj, V.*; Skukan, N.*; Makino, Takahiro; Koka, Masashi; Sato, Takahiro; Jak$v{s}$i$'c$, M.*; Oshima, Takeshi

ダイヤモンドは高い放射線耐性を持つ材料として注目を集めている。高崎量子応用研究所のTIARAでは、AVFサイクロトロンのマイクロビームラインにおいてシングルイオンを真空から大気中に出し、大気中で試料に照射するシングルイオンヒット技術を開発しており、この中でダイヤモンドの高い放射線耐性を利用したシングルイオンヒット検出器、及びイオン取り出し窓材としてのダイヤモンド薄膜の検討を行っている。本研究では、イオンマイクロビーム照射下でのダイヤモンドの照射損傷耐性について評価するため、50$$mu$$m厚の単結晶CVDダイヤモンド薄膜を用いたイオン検出器を製作し、15MeV O$$^{4+}$$を50$$mu$$m四方の微小領域にシングルイオンヒット照射した。高速(15GHz)Digital Storage Oscilloscopeを過渡イオンビーム誘起電流(TIBIC)分析に用いることで、イオン入射が誘起した数ns程度の時間幅を有する微弱パルス信号を連続的に計測可能とした。イオン照射量が多くなるに伴い、個別のイオン照射によって生じる過渡電流パルスの波高値が減少を示した。波高値の減少は、試料内部の印可電圧をリセットすると復元するものであり、印加電圧の極性や照射条件を変更することで、減衰の大きさが変化することが実験的に確かめられた。

Diamond is interested by many researchers as an excellent candidate material with advantages in the radiation-hardness. For the time-resolved detection of single-ions with several hundred MeV, transmission E detector using thin film CVD diamond is now under investigation for the futuristic utilization in a microbeam line of the AVF cyclotron at JAEA/Takasaki TIARA facility as replacing materials of the beam extraction window. In this research, a Single Crystalline (SC) 50 m thick CVD diamond film ion detector was fabricated for the investigation of the responses and radiation hardness under the focused ion microbeam irradiation. Transient Ion Beam Induced Current (TIBIC) experiment was executed by single hit irradiation of 15 MeV O$$^{4+}$$ scanning area of 50 $$mu$$m$$^2$$ and the transient signals with time width of several nano-secounds were consecutively recorded by a high speed (15 GHz) Digital Storage Oscilloscope during the irradiation. The decreases in the individual pulse height was observed by increasing the total amount of the ion dose irradiated in the focused area. These changes were recovered in temporal conversion of applied bias voltages thus trend of decrease were able to be controlled by changing bias settings and irradiation conditions during the experiments.

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