Consistency of bulk damage factor and NIEL for electrons, protons, and heavy ions in Si CCDs

久保山 智司*; 新藤 浩之*; 平尾 敏雄; 松田 純夫*

IEEE Transactions on Nuclear Science, 49(6), p.2684 - 2689, 2002/12

https://doi.org/10.1109/TNS.2002.805360

半導体デバイスにおける放射線劣化は、NIEL(Non-Ionization Energy Loss)を用いてバルク損傷の生成に費やされるエネルギーの関数として表されている。本研究では照射によって導入される損傷を明確にするために、評価試料として電荷結合型デバイス(CCD)を用い、電子13MeV, 陽子80MeV、及び重イオン(56MeV-N, 5MeV-Ne, 150MeV-Ar, 323MeV-Kr)の照射を行い、ピクセルごとの暗信号を計測した。その結果、電子線照射では小さなエネルギーの一次はじき出し原子(PKA)しか生成できないために孤立した点欠陥が形成され、しかもその大部分は欠陥同志の再結合によって消滅するため、NIELとして与えられたエネルギーの内安定な欠陥に結びつく比率が極端に低くなることがわかった。一方、陽子/重粒子では、電子で発生する欠陥と同じ欠陥に加えて、高エネルギーのPKAによりカスケード損傷が起こり局所的に欠陥クラスターが形成されることがわかった。CCDを使用した照射実験の解析から、NIELとバルク損傷の比例関係が成立しない原因が明らかになった。