InSb DetectorInSb 検出器

検出器の母材としてのInSb

　放射線検出器が高いエネルギー分解能を持つためには，放射線が検出器の中で電荷を作るために必要なエネルギーが小さいことが必要です．シリコンでは3.6eVのエネルギーで一組の電子・正孔対が生成されますが，InSbではおよそ0.5eVで電子・正孔対ができます．このことは同じエネルギーが与えられたときに，InSbではシリコンの約7倍の数の電子・正孔対ができる事を意味し，エネルギー分解能としてはシリコン検出器の2-3倍の能力を持つことになります．

　ただし，欠点としては，室温でも熱エネルギーで電子・正孔対ができてしまい，雑音が多い，ということです．このため，InSbを検出器の母材として利用するためには，温度を低くしてやる必要があります．

　一方で，エネルギー分解能が良い検出器として，超伝導体検出器があります．これは，シリコン検出器よりも30倍ほど良い性能を示すことが期待されています．しかし，超伝導体検出器で放射線を測定するには，液体ヘリウム温度の4.2Kよりもさらに低い，0.1Kや，0.05Kまで冷却することが必要です．さらに，超伝導体検出器は放射線を感じる有感体積を大きくできない，という欠点があります．このため，たとえば工場のラインなどで使用するには不向きです．

　シリコン検出器などを用いている人たちは，InSb検出器は冷却が必要だから，と敬遠し，また超伝導体検出器を開発している人たちは，InSb検出器のエネルギー分解能は超伝導体検出器よりも劣っているから，と手を出さない．このような状況で，我々は研究を開始しました．

これまでの研究では．．

　InSbが優れたエネルギー分解能を持ちうる可能性は，1980年に指摘されてきましたが，その後，InSbを半導体として検出器に用いた例はありませんでした．これは，上記のようなことが原因だったと，考えています．

　しかし，シリコン検出器よりもエネルギー分解能が優れた検出器が必要とされているのは事実で，また，シリコン検出器と同じくらいの大きさの検出器を実現できそうですから，産業応用へ，また医療応用にも有望である，と考えています．2000年頃から研究を始めました．

　液相エピタキシャル法を用いた結晶育成により世界で一番高い比抵抗値を持つInSb結晶ができました．しかし，さらに一桁以上高い比抵抗値が必要です．何とかアルファ粒子などの荷電粒子測定はできましたが，本来の目的であるガンマ線のエネルギーピーク測定はできないまま，研究費/研究期間が終了しました．

23. Y. Sato,　and I. Kanno, "Photon Detection by an InSb Compound Semiconductor Detector with Reduced Leakage Current", Nucl. Instrum. Meth. in Phys. Res. A695, 272-275 (2012). 

22. Y. Sato,　Y. Morita, T. Harai and I. Kanno, "Alpha-Particle Response of an InSb Radiation Detector made of Liquid-Phase Epitaxially-Grown Crystal", Rad. Meas., 46, 1654 - 1657 (2011). 

21. Y. Sato, K. Watanabe, A. Yamazaki, and I. Kanno, "Charge Collection Process of a Liquid-Phase Epitaxially -Grown InSb Detector", Jpn. J. Appl. Phys., 50, 096401 (2011). 

20. Y. Sato, Y. Morita, T. Harai and I. Kanno, "The Electric Properties of InSb Crystals for Radiation Detector", Green Energy and Technology, 44, 320-323 (2010). 

19. Y. Sato and I. Kanno, "Carrier-loss Temperature Dependence in Liquid-phase Epitaxially-grown InSb Detectors", Nucl. Instrum. and Method. in Phys. Res. A624, 646-648 (2010). 

18. Y. Sato, Y. Morita, T. Harai, I. Kanno, "Photo Peak Detection by an InSb Radiation Detector made of Liquid Phase Epitaxially Grown Crystals", Nucl. Instrum. and Method. in Phys. Res. A621, 383-386 (2010). 

17. I. Kanno, S. Hishiki, Y. Kogetsu, T. Nakamura and M. Katagiri, "Averaged Currents Induced by Alpha Particles in an InSb Compound Semiconductor Detector", J. Nucl. Sci. and Technol. Suppl. 5, 360-363 (2008). 

16. S. Hishiki, Y. Kogetsu, I. Kanno and H. Yamana, "Bulk Growth of InSb Crystals for Radiation Detectors", Jpn. J. Appl. Phys., 46, 5030-5032 (2007).

15. I. Kanno, S. Hishiki, Y. Kogetsu, T. Nakamura and M. Katagiri, "Fast Response of InSb Schottky Detector", Rev. Sci. Instrum., 78, 056103-1-3 (2007).

14. I. Kanno, S. Hishiki, O. Sugiura, R. Xiang, T. Nakamura and M. Katagiri, "InSb Cryogenic Radiation Detectors", Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res. A568, 416-420 (2006). 

13. S. Hishiki, Y. Kogetsu, I. Kanno, T. Nakamura, and M. Katagiri, "First Detection of Gamma Ray Peaks by an Undoped InSb Schottky Detector", Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res. A599, 558-560 (2006).

12. S. Hishiki, I. Kanno, O. Sugiura, R. Xiang, T. Nakamura and M. Katagiri, "Undoped InSb Schottky Detector for Gamma Ray Measurements", IEEE Trans. Nucl. Sci., 52, 3172-3175 (2005).

11. I. Kanno, S. Hishiki, O. Sugiura, R. Xiang, T. Nakamura and M. Katagiri, "Photon Detection by a Cryogenic InSb Detector", Rev. Sci. Instrum., 76, 023102-1-3 (2005).

10. T. Nakamura, M. Katagiri, Y. Aratono, I. Kanno, S. Hishiki, O. Sugiura and Y. Murase, "Cryogenic Neutron Detector Comprising an InSb Semiconductor Detector and a Supercritical Helium-3 Gas Converter", Rev. Sci. Instrum., 75, 340-344 (2004).

9. T. Nakamura, M. Katagiri, Y. Aratono, I. Kanno, S. Hishiki, O. Sugiura and Y. Murase, "Use of Liquid Herium-3 as a Neutron Converter for a Semiconductor-based Neutron Detector", Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res., A529, 399-401 (2004).

8. I. Kanno, S. Hishiki, O. Sugiura, Y. Murase, T. Nakamura and M. Katagiri, "Radiation Detectors Made of Compound Semiconductor InSb", Ionizing Radiation, 30, 9-18 (2004). (in Japanese)

7. T. Nakamura, M. Katagiri, Y. Aratono, I. Kanno, S. Hishiki, O. Sugiura and Y. Murase, "Cryogenic Neutron Detector by InSb Semiconductor Detector with High-density Helium-3 Gas Converter", Nucl. Instrum. Meth. in Phys. Res., A520, 76-79 (2004).

6. I. Kanno, S. Hishiki, H. Murakami, O. Sugiura, Y. Murase, T. Nakamura and M. Katagiri, "Schottky and pn Junction Cryogenic Radiation Detector Made of p-InSb Compound Semiconductor", Nucl. Instrum. Meth. ，A520, 93-95 (2004).

5. T. Nakamura, M. Katagiri, Y. Aratono, I. Kanno, S. Hishiki, O. Sugiura and Y. Murase, "Cryogenic Neutron Detector Comprising an InSb Semiconductor Detector and a Supercritical Helium-3 Gas Converter", Rev. Sci. Instrum.，75, 340-344 (2004).

4. I. Kanno, F. Yoshihara, R. Nouchi, O. Sugiura, Y. Murase, T. Nakamura and M. Katagiri, "Radiation Measurements by a Cryogenic pn Junction InSb Detector with Operating Temperatures up to 115K", Rev. Sci. Instrum., 74, 3968-3973 (2003).

3. I. Kanno, F. Yoshihara, R. Nouchi, O. Sugiura, T. Nakamura and M. Katagiri, "Cryogenic InSb Detector for Radiation Measurement", Rev. Sci. Instrum., 73, 2533-2536 (2002).

2. I. Kanno, F. Yoshihara, O. Sugiura and M. Katagiri, "Rectifying Characteristics of an InSb Device at Low Temperature", Proc. 9th. Int. Workshop on Low Temp. Detectors, CP605, 185-188 (2002).

1. I.Kanno, F. Yoshihara, T. Etani, S. Kanazawa and K. Shin, “Studies on Low Temperature Radiation Detectors with Superconductor, Mono-semiconductor and Compound Semiconductor”, Ionizing Radiation (in Japanese), 26, 87-94 (2000).