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論文

Fano factor evaluation of diamond detectors for alpha particles

嶋岡 毅紘*; 金子 純一*; 佐藤 優樹; 坪田 雅功*; 新名 宏明*; 茶谷原 昭義*; 渡辺 幸志*; 梅沢 仁*; 杢野 由明*

Physica Status Solidi (A), 213(10), p.2629 - 2633, 2016/10

 被引用回数:7 パーセンタイル:41.46(Materials Science, Multidisciplinary)

This report is the first describing experimental evaluation of Fano factor for diamond detectors. High-quality self-standing chemical vapor deposited diamond samples were produced using lift-off method. Alpha-particle induced charge measurements were taken for three samples. A 13.1 eV $$pm$$ 0.07 eV of the average electron-hole pair creation energy and excellent energy resolution of approximately 0.3$$%$$ were found for 5.486 MeV alpha particles from an $$^{241}$$Am radioactive source. The best Fano factor for 5.486 MeV alpha particles calculated from experimentally obtained epsilon values and the detector intrinsic energy resolution was 0.382 $$pm$$ 0.007.

論文

Irradiation energy dependence of ion probes on soft error rate in SOI-SRAM

阿保 智*; 杢野 由明*; 木野村 淳*; 小野田 忍; 平尾 敏雄; 大島 武; 岩松 俊明*; 高井 幹夫*

Proceedings of the 8th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-8), p.183 - 186, 2008/12

テクノロジーノード180nmと90nmの2世代のSRAM(Static Random Access Memory)での放射線耐性評価を、300-1000keVのプロトン及び0.8-6.0MeVのヘリウムイオンを用いて行った。評価試料として、バルク基板上のSRAMと放射線耐性が高いとされるSOI(Silicon on Insulator)基板上のSRAMの2種類を用いた。プロトンを用いた180nmノードSRAMの放射線耐性評価では、バルクSRAMは照射エネルギーに関係なく総照射量によりハードエラーが発生することに対して、SOI-SRAMは全くハードエラーが発生しなかった。また、SOI-SRAMでのソフトエラー発生率は、SOIボディでの過剰キャリア生成量が最大となる450keVのプロトン照射時に最大となりさらに高いエネルギーでプロトンを照射した場合には、ソフトエラー発生率が減少することを明らかにした。ヘリウムを用いた90nmノードSOI-SRAMの放射線耐性評価でも、180nmノードSOI-SRAMと同様にSOIボディでの過剰キャリア生成量に依存してソフトエラー発生率が変化することを明らかにした。

口頭

炭素系薄膜材料の軽元素分布解析

堀野 裕治*; 杢野 由明*; 茶谷原 昭義*; 安井 治之*; 粟津 薫*; 鳴海 一雅; 楢本 洋; 山本 春也

no journal, , 

$$^{15}$$Nと水素との共鳴核反応法$$^{15}$$N(p, $$alphagamma$$)$$^{12}$$Cを利用して、2keV H$$^{+}$$を注入したSi,多結晶ダイヤモンド,単結晶ダイヤモンド(Ib型)中の水素分布測定を行った。分析チェンバーを改良し、真空度を2桁近くよくしたところ、試料表面の吸着物に由来する水素によるピーク幅が、改良前に比べて約1/2になった。2keV H$$^{+}$$を5$$times$$10$$^{15}$$ions/cm$$^{2}$$注入したSiの場合、表面吸着物由来の水素と注入水素の分布が明瞭に区別され、注入水素の分布のピークはTRIMコードで計算した飛程44nmとほぼ一致した。多結晶ダイヤモンドの場合、内部の水素量は約0.2at%であるが、ダイヤモンド単結晶の場合、表面吸着物由来のピーク以外は、S/N比による測定限界以下であった。

口頭

高速合成CVD単結晶ダイヤモンドによる14MeV中性子応答関数測定

佐藤 圭*; 垣本 明徳*; 金子 純一*; 藤田 文行*; 坪内 信輝*; 杢野 由明*; 茶谷原 昭義*; 佐藤 聡; 今野 雄太*; 本間 彰*; et al.

no journal, , 

人工ダイヤモンドによる14MeV中性子エネルギースペクトロメーターの実用化に向けて、結晶合成及び各種評価を行っている。本研究では、高品質大型基板開発の一環として、産業技術総合研究所で基板用用途向けに高速合成された一辺9mm程度の三角形の大型CVD単結晶ダイヤモンド自立膜から、マイクロ波プラズマCVD装置を使用し、基板温度:900度,ガス圧力:160Torr,メタン濃度:10%で結晶を合成し、検出器を試作した。本検出器を用いて、原子力機構の核融合中性子源(FNS)で、14MeV中性子応答関数測定実験を行い、$$^{12}$$C(n,$$alpha$$)$$^{9}$$Be反応によるピーク(4%程度のエネルギー分解能)の観測に成功した。これによりメタン濃度10%の高メタン濃度の合成条件でもエネルギースペクトロメーターグレードのCVD単結晶が得られることがわかった。

口頭

Evaluation of CVD diamonds for a DT neutron energy spectrometer

佐藤 圭*; 金子 純一*; 藤田 文行*; 垣本 明徳*; 坪内 信輝*; 杢野 由明*; 茶谷原 昭義*; 佐藤 聡; 今野 雄太*; 本間 彰*; et al.

no journal, , 

DTプラズマイオン温度測定のための$$^{12}$$C(n,$$alpha$$)$$^{9}$$Be反応を用いたダイヤモンドエネルギースペクトロメーターの開発の一環として、産業技術総合研究所において基板用途向けに10%の高メタン濃度で合成された大型CVD単結晶ダイヤモンド自立膜から検出器を合成し、原子力機構の核融合中性子源(FNS)で、14MeV中性子に対する応答関数を測定した。併せて、エレメントシックスで合成されたエレクトロニクスグレードダイヤモンドから製作した検出器に関しても、応答関数を測定した。その結果、いずれの検出器でも、14MeV中性子に対して4%程度のエネルギー分解能が得られ、メタン濃度10%の条件であっても、エネルギースペクトロメーターグレードの結晶が合成可能であることがわかった。

口頭

ダイヤモンドショットキバリアダイオードを用いた高エネルギー荷電粒子の検出

小野田 忍; 神林 佑哉; 加田 渉*; 岩本 直也*; 牧野 高紘; 梅沢 仁*; 杢野 由明*; 鹿田 真一*; 花泉 修*; 神谷 富裕; et al.

no journal, , 

高エネルギー物理学などの粒子加速器を用いた科学実験において、粒子検出器は必要不可欠な存在である。近年、加速器の大強度化に伴い、検出器がさらされる放射線環境はさらに厳しいものとなっている。そのような中、ダイヤモンドはその優れた耐放射線性を根拠に、シリコン(Si)検出器に代わる粒子検出器材料として期待されている。本研究では、p型単結晶ダイヤモンドの縦型ショットキバリアダイオード(SBD)を作製し、高エネルギー粒子に対する検出応答特性を調べた。サイクロトロンからの高エネルギー荷電粒子(Ne-74MeV, Ar-150MeV, Kr-322MeV, Xe-454MeV)を照射した結果、低チャンネル側にノイズがあるものの、照射した全てのイオンのエネルギースペクトルを取得することに成功した。ただし、Kr-322MeVやXe-454MeVといった非常に高密度の電子正孔対を生成するイオン入射の場合では、シリコンSBD検出器でも報告されているパルス波高欠損が発現することを確認した。

口頭

Investigation of deep levels in diamond based radiation detector by transient charge spectroscopy with focused heavy ion microbeam

安藤 裕士*; 神林 佑哉*; 加田 渉*; 小野田 忍; 牧野 高紘; 佐藤 真一郎; 梅沢 仁*; 杢野 由明*; 鹿田 真一*; 花泉 修*; et al.

no journal, , 

次世代半導体放射線検出器材料としてダイヤモンド半導体が注目されており、その実現のためには、検出器特性を劣化させる結晶欠陥の詳細を明らかにする必要がある。今回、化学気相成長(CVD)により結晶成長したダイヤモンドを用いてショットキーバリアダイオードを作製し、ダイヤモンド中の欠陥準位を重イオンマイクロビームを用いた過渡電荷分光法によって調べた。その結果、0.27eVの活性化エネルギーをもつ欠陥準位が見出され、これがダイヤモンド放射線検出器の電荷収集効率に影響を及ぼしていることが明らかになった。

口頭

$$alpha$$線に対する単結晶CVDダイヤモンド放射線検出器のFano因子評価

嶋岡 毅紘*; 金子 純一*; 佐藤 優樹; 坪田 雅功*; 新名 宏明*; 茶谷原 昭義*; 渡辺 幸志*; 梅澤 仁*; 杢野 由明*

no journal, , 

ダイヤモンド放射線検出器は高温動作、低漏れ電流、耐放射線性等の優れた特長を持つ。われわれはこれらの特長を生かし過酷環境で動作可能な検出器実現に向け、生産性に優れたLift-off法による単結晶CVDダイヤモンド放射線検出器開発を行ってきた。これまでに電荷キャリア輸送特性改善の取り組みにより電荷収集効率: 正孔100.1%、電子99.8$$%$$($$varepsilon_{Si}$$ = 3.62 eV, $$varepsilon_{diamond}$$ = 13.1eVとして計算)、エネルギー分解能0.3%台を持つ検出器開発に成功している。本研究では$$^{241}$$Am 5.486MeV $$alpha$$線を用いたファノ因子評価について報告する。

口頭

Fano factor evaluation of diamond detectors for alpha particles

嶋岡 毅紘*; 金子 純一*; 佐藤 優樹; 坪田 雅功*; 新名 宏明*; 茶谷原 昭義*; 渡辺 幸志*; 梅沢 仁*; 杢野 由明*

no journal, , 

Diamond radiation detectors have promising properties i.e. high-temperature operation, low leakage current and radiation hardness. The authors have developed CVD diamond detector using lift-off method. We have successfully obtained high performance detectors which have 100.1% of charge collection efficiency for holes and 99.8% for electrons, provided that $$varepsilon_{diamond}$$ = 13.1 eV. The detector also achieved approximate 0.3$$%$$ of one of the best energy resolution. This study reports a Fano factor evaluation of diamond detectors for alpha particles.

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