Microbeam irradiation effects on transmission diamond detector

透過型ダイヤモンド検出器に対するイオンマイクロビーム照射効果

加田 渉; 佐藤 隆博; 岩本 直也; 小野田 忍; Grilj, V.*; Skukan, N.*; 牧野 高紘; 江夏 昌志; Jaki, M.*; 大島 武; 神谷 富裕

Kada, Wataru; Sato, Takahiro; Iwamoto, Naoya; Onoda, Shinobu; Grilj, V.*; Skukan, N.*; Makino, Takahiro; Koka, Masashi; Jaki, M.*; Oshima, Takeshi; Kamiya, Tomihiro

ダイヤモンドは高い電荷収集効率と放射線耐性、さらにはワイドギャップ半導体としての特性による常温環境下での低雑音特性 から、シングルイオンヒットを構成する荷電粒子を個別に計測する透過型検出器の材料として検討されている。本研究では、結晶サイズ4.6mm4.6mmで50m厚の単結晶CVDダイヤモンド薄膜を用いた透過型検出器を製作し、1-3MeV H及び15MeV Oの局所照射を行うことにより、これまでに実験報告例がない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を評価した。1m径の3MeV Hビームでの薄膜検出器全体の走査により、その内部で一様な電荷収集効率を有していることを確認した。次いで、1.5m径の15MeV Oを50m50mの領域ごとに順次照射を行った。イオン誘起電荷のパルス信号を連続的に計測したところ、照射領域内でイオン照射量が多くなるに伴い、パルス信号の波高値が減少することが確認され、この現象は、試料内部の印可電圧のリセットにより復元することを見いだした。本研究によりイオンマイクロビーム照射によりダイヤモンド結晶の表面や内部に形成された欠陥において、ポーラリゼーション効果が発現することが示唆された。

Thin film CVD diamond detector is now under investigation for the utilization as a transmission detector for ionized particle in single-ion-hit by replacing materials of the beam extraction window in a microbeam line of the AVF cyclotron at JAEA/Takasaki. In this research, a spectroscopy-grade 50 m thick-film Single Crystalline (SC) CVD diamond detector with size of 4.6 mm 4.6 mm was characterized using Ion Beam Induced Charge (IBIC) and Transient Ion Beam Induced Current (TIBIC) systems. The detector was irradiated with 1-3 MeV H and 15 MeV O microbeams. Significant decrease of pulse height of IBIC signals was observed at 15 MeV O irradiation, however, this peak degradation easily recovered in a short time by release of bias voltages. This temporal degradation effect was enhanced in areas damaged by previous ion irradiation. Therefore, the temporal peak degradation seems to be caused by the polarization effect due to charge captured by defects in diamond or/and at the surface.