【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.03】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24AT0034
利用課題名 / Title
超高時間分解能を持つGaN粒子位置検出器の作製
利用した実施機関 / Support Institute
産業技術総合研究所 / AIST
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed
キーワード / Keywords
パワーエレクトロニクス/ Power electronics,センサ/ Sensor,エレクトロデバイス/ Electronic device,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,膜加工・エッチング/ Film processing/etching
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
奥村 宏典
所属名 / Affiliation
筑波大学数理物質系
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
中野晃汰,森田燎
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
川又 彰夫
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術代行/Technology Substitution
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
AT-109：６インチ電子ビーム真空蒸着装置（アールデック）
AT-082：化合物半導体エッチング装置（ICP-RIE）
AT-023：電子ビーム真空蒸着装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
Si（シリコン、ケイ素）半導体は、あらゆる機器に使われており、私たちの生活に欠かせないものになっています。しかし、Si素子の動作可能な放射線量は100 kGyに限られることから、加速器や原発廃炉といった1 MGy以上の高放射線環境での素子動作が求められています。高放射線環境で動作する半導体素子を実現するには、結合の強い材料を用いる必要があります。窒化ガリウム（GaN）結晶は、はじき出し損傷エネルギーが大きく、室温動作が可能であり、電子正孔対の生成確率が大きいことから、長寿命の放射線検出器用材料として優位です。私達は、GaN縦型PNダイオードを用いた重粒子の位置検出を行ってきました。陽子線やβ線の検出には、アバランシェ増幅による信号強度の増大が不可欠です。本研究では、時間分解能向上も考慮し、低利得アバランシェ検出器(LGAD)構造を持つGaNピクセル検出器を作製し、α線を照射しました。
実験 / Experimental
本研究では、LGAD構造のGaN試料を用いてピクセル検出器を作製しました。50 nmのNiをマスクとして用い、塩素系RIE(Cl2/BCl3 mixing gas of 50/20 sccm at inductively coupled plasma(ICP)/bias powers of 150/30 W and the chamber pressure of 5 Pa for 2 min)によりGaNをエッチングしました。その後、硫酸と過酸化水素水との混合液によりNiを溶かしました。カソード電極として裏面にTi/Al/Ti/Au電極を蒸着し、窒素雰囲気800度1分で熱処理を行いました。アノード電極としてNi/Au電極を蒸着し、酸素雰囲気500度10分で熱処理を行いました。Alワイヤを用いてパッケージにボンディングした後、Si ASD読み出し回路に接続した。アメリシウム241 (5.48 MeV)を用いてα線照射を行いました。
結果と考察 / Results and Discussion
用いたアノード電極のAu厚さが25 nmと小さく、ボンディングは6か所のみ成功しました。6 channelのうちの一つから、α線照射に対する信号が検出されました。これは、α線照射により電子正孔対が生成され、その電荷がバイアス印加により一つのpad電極に到達したためと考えられます。同時刻において1 channelのみ検出できており、他のpad電極には信号が現れませんでした。今回作製したGaNピクセル検出器により、粒子の2次元位置検出に世界で初めて成功したと言えます。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
α線に対する信号
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
なし
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 奥村 宏典, 飯田 哲, 廣瀬 茂輝, 板橋 浩介, 外川 学, 宮原 正也, 磯部 忠昭 , 井村 将隆, 西永 慈郎 , 浦崎 圭吾: 第72回応用物理学会春季学術講演会"LGAD構造を用いたGaNピクセル粒子位置検出器の作製"
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件