Charge-collection efficiency and long-term stability of single-crystal CVD diamond detector under different carrier-drift conditions

単結晶CVDダイヤモンドを用いた放射線検出器における異なる電荷キャリアドリフト条件下での電荷収集効率と長時間安定性に関する研究

佐藤 優樹  ; 村上 浩之*; 嶋岡 毅紘*; 坪田 雅功*; 金子 純一* 

Sato, Yuki; Murakami, Hiroyuki*; Shimaoka, Takehiro*; Tsubota, Masakatsu*; Kaneko, Junichi*

化学気相成長法(CVD)により育成した人工単結晶ダイヤモンドを用いて放射線検出器を製作し、検出器のエネルギー分解能、生成電荷キャリアの収集効率、及び長時間安定性の調査を行った。検出器固有のエネルギー分解能は半値幅で約0.4%であり、Amから放出される4つのエネルギー(5.389, 5.443, 5.486及び5.545MeV)の粒子の観測ができた。電荷キャリアの収集効率は電子、正孔ともに98%を達成し、さらに、主として電子を検出器内でドリフトさせた場合、100時間以上の粒子照射でもエネルギースペクトルや分解能の劣化は見られなかった。一方で、主として正孔を検出器内でドリフトさせた場合、照射時間と共にエネルギースペクトルが劣化するポーラリゼイション現象が観測された。

We investigated the performance of a charged particle detector fabricated using single-crystal diamond grown by chemical vapor deposition. The detector was able to identify four different Am -particle energies (5.389, 5.443, 5.486, and 5.545 MeV) because of its superior intrinsic energy resolution of 0.4% (full width at half maximum). The charge collection efficiency inside the diamond crystal was 98% for both electrons and holes. The diamond detector also exhibited no significant degradation in terms of pulse height spectra and energy resolution during operation for more than 100 h in the case of mainly electron drift inside the diamond crystal. In contrast, the shapes of the pulse height spectra measured under hole drift condition deteriorated due to the polarization phenomenon.