Si Detector　Si検出器

シリコン表面障壁型半導体検出器とは？
　
　シリコン表面障壁型半導体検出器(SSB)は，放射線検出器としてもっとも広く利用されている検出器です．　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　SSBは，小型で動作電圧が数100Vと低く(ガスチェンバ，Ge検出器などでは数1000V)，市販品でほとんどの用途に利用できるほか，実験室でも簡単に製作できる，などの利点があります．SSBはまた，エネルギー特性，タイミング特性にも優れています．

シリコン表面障壁型半導体検出器の好ましくない特性
　
　しかしSSBを重イオン測定に用いると，エネルギー特性では重イオンの入射エネルギーと出力波高の比例性が悪くなる出力波高欠損，タイミング特性では重イオンの入射からパルス出力まで数ナノ秒の時間遅れが出るプラズマディレイという，好ましくない現象が起こります．

　私が博士課程の学生だった1980年代の後半には，これらの現象を包括的に説明するモデルは無く，その応答特性は半経験式で記述されていたに過ぎませんでした．

研究の背景(やらな，しゃーない)

　私は，別項に示しますように，核分裂片の二重飛行時間・二重エネルギー測定を博士課程のテーマとして研究していて，SSBを飛行時間測定のストップ時刻検出器およびエネルギー検出器に利用していました．ところが，データ解析を行っているうちに，SSBで取ったタイミングがおかしいことに気がつき，プラズマディレイという現象がある，ということを遅蒔きながら知りました．この現象を何とか説明しないと博士号が取れない，と思い，研究に取り組んだ次第です．

研究の概要

　まず，重イオンとシリコン軌道電子との相互作用から考察することにより，重イオンの入射により生成されるプラズマ柱（電子と正 孔の高密度集合体）の形状を計算しました．また，プラズマ柱の電気的性質がその電子・ 正孔対密度に依存し，導体（高密度）から 誘電体（低密度）に変化すると仮定し，それに伴うシリコンの空乏層内部の電場の変化を考察しました．これにより，エネルギー特性で長年研究の対象であった再結合効果は実はプラズマ柱が誘電体であることによる固有の効果であることが明らかになり，またタイミング特性の電場の強さおよび比抵抗値依存性が説明できました．

　マレーシアでの国際会議の時に，東北大学の教授から「神野さん，あれの経験式ってある？」と尋ねられ，その研究を忘れていた，と思いつつ，それをやっていたら，泥沼だったかも，とも考えました．　

14. I.Kanno, “Estimation Method for Electron-hole Pair Density in Plasma Columns”, Rev. Sci. Instrum., 70, 4270-4274 (1999).

13. I.Kanno, “A Model of Dielectric Plasma Columns in Silicon Surface Barrier Detectors”, Conference Proc. CP392, 1035-1038 (1997).

12. I.Kanno, “Response of Silicon Surface Barrier Detector to Heavy Ions”, Ionizing Radiation 21, 38-51(1995) (in Japanese).

11. I.Kanno, T.Inbe, S.Kanazawa and I.Kimura, “Electric Field Strength and Plasma Delay in Silicon Surface Barrier Detector”, Appl. Radiat. Isot. 46, 493-494 (1995).

10. I.Kanno, “Electric Field Strength in a Silicon Surface Barrier Detector with the Presence of a Dielectric Plasma Column”, Nucl. Instrum. and Meth. A353, 93-96 (1994).

9. I.Kanno , T.Inbe, S.Kanazawa and I.Kimura, “Improved Model of Plasma Column Erosion in a Silicon Surface Barrier Detector”, Rev. Sci. Instrum. 65, 3040-3041 (1994).

8. I.Kanno , K.Nishio, T.Mikawa, Y.Nakagome, K.Kobayashi and I.Kimura, “Resistivity Estimation of Irradiated Silicon Surface Barrier Detector”, Nucl. Instrum. and Meth. A384, 479-484 (1994).

7. I.Kanno , “Recombination Effect as Component of Residual Defect in Silicon Surface Barrier Detector”, J. Nucl. Sci. Technol. 29, 690-694 (1992).

6. I.Kanno , “Heavy Ion Induced Phenomena in Silicon Surface Barrier Detector and Single Event Phenomena”, Ionizing Radiation 17, 66-75 (1991) (in Japanese).

5. I.Kanno , “Feasibility Study of Silicon Surface Barrier Detector as a Charged Particle Identifier”, J.Nucl. Sci. Technol. 28, 1061-1064 (1991).

4. I.Kanno , H.Ikezoe, T.Ohtsuki, S.A.Hayashi, S.Kanazawa and I.Kimura, “Incident Angle Dependence of the Residual Defect in a Silicon Surface Barrier Detector”, J. Nucl. Sci.Technol. 28, 582-584 (1991).

3. I.Kanno, “Candidate for Residual Defect in Silicon Surface Barrier Detector”, J. Nucl. Sci. Technol.　28, 87 -94(1991).

2. I.Kanno, “A Model of Charge Collection in a Silicon Surface Barrier Detector”, Rev. Sci. Instrum. 61, 129 -137(1990).

1. I.Kanno, “Models of Formation and Erosion of a Plasma Column in a Silicon Surface Barrier Detector”, Rev. Sci. Instrum. 58, 1926-1932 (1987).