SiC検出器筑波大学.ppt

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1、SiC半導体による放射線検出器の開発・研究木下明将、栗田峰生、乘松健治、中野逸夫、田中礼三郎、岩見基弘、大井暁彦*、大島武*、神谷富裕*、福島靖孝**(岡山大学、原研高崎*、KEK**)半導体検出器特徴高分解能１対の電子正孔を作るエネルギーが小さい検出効率が高い密度が大きい時間分解能が良いキャリア移動度が大きい高電界に耐えられるSi▼放射線・高温・高電圧▼SiC（v.s.Si）禁制帯幅(bandgap)がSiの２～３倍絶縁破壊電界が一桁大きい飽和電子速度が２倍熱伝導率３倍動作温度の上限が500-

2、600℃(Si:150℃くらい)耐放射線性も高い各種半導体の特徴項　目　／　材　料SiGaAs3C-SiC6H-SiC4H-SiCGaNDiamondバンドギャップ(eV)1.121.432.32.863.023.395.47電子移動度(㎝2/Vs)150085008004607009001800絶縁破壊電界(MV/㎝)0.30.4433.524電子飽和速度(×107㎝/s)122.722.72.72.5熱伝導率(W/㎝･℃)1.510.543.24.94.91.320.9比誘電率11.912.

3、919.7210.03c10.03c10.4c5.93Johnson指数（高速・大電力）1.018.812964009923241100Key指数（高速・高集積素子）1.00.527.05.06.41.0537熱伝導率×Johnson指数1.06.727481298322027915379(注)Johnson指数　＝　(絶縁破壊電界×電子飽和速度)2Key指数　＝　熱伝導率×(電子飽和速度／誘電率)Polytype（結晶多系）２００種類以上nH-SiC(hexagonal:六方晶)nR-SiC(

4、rhombohedral:菱面体晶)3C-SiC(Cubic:立方晶)半導体検出器の種類pn接合型高耐圧品が作れる一般的に検出器で使われるショットキー接合型順方向電圧降下が小さい接合容量がないため逆回復時間が大変短い試料（SiC検出器）madein原研p(epi)/p+(substrate)CREE社より購入6H-SiCイオン注入Pイオン1×1019(3.3×1018)[/cm3]メサ構造電極Al（オーミック接合）ptypep+typen+type150nm5μm368±75μm試料写真made

5、in原研p(epi)/p+(substrate)CREE社より購入6H-SiCイオン注入Pイオン1×1019(3.3×1018)[/cm3]メサ構造電極Al（オーミック接合）評価試料試料①ｐｎ接合型試作試料②試作①の改良漏洩電流小試料③試料②の追試試料④検出面の工夫表面電極による吸収を小測定（in岡山大学）静特性（半導体検出器＝ダイオード）I-V特性整流性評価C-V特性空乏層評価信号検出α線LED(UV:3.3eV)I-V測定整流性の評価→ダイオード試料：SiC①，②，③，④，浜松PIN-SiS

6、1723,S3071V:0～100C-V測定キャパシタンスの電圧依存試料：SiC①，②，③，④，浜松PIN-SiS1723,S3071V:0～100(C∝1/V1/2)測定方法（α線）α線源Am241-α線5.48MeV動作確認セットアップ（α線）α線測定プリアンプの出力信号試料①25℃-40℃Y:100mVX:25μs測定方法（ＬＥＤ）紫外線ＬＥＤ波長375nmエネルギー3.31eV印加電圧0~145V信号強度セットアップ（紫外線：3.3eV）UV測定シェイパーアンプ（上）プリアンプ（下）試料

7、②室温Y:100mVX:50μsバイアスとADC分布（試料②）ADC[ch]NumberBias結果静特性　①　②　③　④I-V（漏洩電流）大　小　大　大C-V（空乏層）　▲　○　▲　▲信号検出α線　▲　○　△　－紫外線　－　△　△　－今年度のまとめダイオードとしての動作確認○整流性○可変容量×定量的検出器としての能力○α線検出○紫外線検出×定量的×MIPは見れない来年度の予定国際学会発表SiC&RelatedMaterialsICDS（Internationalconferenceondefe

8、ctsinsemiconductors）材料国際会議MRSのミーティングNSREC（Nuclear&SpaceRadiationEffectsConference；IEEE)・・・論文投稿NuclearInstrumentsandMethodsJournalofSurfaceScienceJournalofCrystalGrowthAppliedPhysicsLetterJ.AppliedPhysicsAppliedPhysicsAElectronDevices（IEEE）・・・今後品質の向上漏