最適バイアス電圧決定の指針

図5.9: 70 keVを観測したときの反応位置の深さを決定することによって向上するS/N の向上率の比較。

第 6 _{章 まとめ}

ASTRO-H衛星を用いた宇宙硬X線・ガンマ線の高感度観測に向けたCdTe半導体の

両面電極ストリップ検出器の応答の研究を行った。ストリップ電極化によって歪む検 出器内の重み付けポテンシャルを計算し、キャリアの移動度と寿命、光子の検出器内 での相互作用位置、読み出しアナログASICの時定数から決まる最終的な出力をモデ ル化した。その上で、電荷収集効率から最終的な出力信号を決めるモデルと、波形整 形回路の出力をピークホールドして最終出力とするモデルの比較を行い、検出器厚み

が0.75 mmから2.0 mmと厚くなるに従い、ピークホールドによる出力計算モデルが

有効になっていくことを示した。また、歪んだ重み付けポテンシャルの影響を受けて、

Anodeでは中心ストリップと逆相の、Cathodeでは中心ストリップと同相の信号が発生

する漏れ込みイベント数の見積もりを行った。このようなイベントは数百keVが厚い CdTeに入射したときに顕著に表れることが理論計算からわかり、また実験との比較か らその見積もりが正しいことがわかった。

HXI用のCdTeストリップ検出器について、構築したモデルによる信号予測を行い、

異なるバイアス電圧ごとに、観測対象となるエネルギー領域でのスペクトルのエネル ギー分解能FWHM、テール成分、重み付けポテンシャルの影響による隣接ストリップへ の漏れ込みイベント数の予測を行った。また両面電読み出しの特徴を生かし。Cathode の信号から光子の検出器内での反応位置の深さを判断し、SN比を向上させるという手 法を提案し、各バイアス電圧ごとの向上率の比較も行った。さらにFWHM、SN向上 率といった要素を組み合わせて考えることで、高感度観測に最も有利となるバイアス 電圧を決定するための指針を示した。

謝辞

本論文を作成するにおいて、多くの方々から御協力を頂きました。まず何より指導 教官である高橋先生には深く感謝致しております。先生は研究を行う上でこれ以上な い恵まれた環境を与えて下さいましたし、研究上だけでなく社会人として生きていく ための物事の考え方や取り組み方も教えて頂きました。高橋研究室助教の渡辺さんに は研究で行き詰まったときに次なるステップへの的確な助言を数多く頂きました。准 教授の国分さんからはHXIについて多くの事を教えて頂きました。お二人にも心より 感謝致します。

研究を進めるにおいて、博士課程二年の小高さんには大変お世話になりました。シ ミュレーションや実験、幅広い範囲で何度も助けて頂きましたし、また何度も飲みに も連れて行って下さいました。小高さんには二年前の卒業論文でもお世話になってお り、感謝してもし尽くせない思いです。同じく博士課程二年の石川さんにはCdTeの特 性について多くのことを教わり、それに加えて本研究では石川さんの取得した良質な 実験データを使わせて頂きました。昨年まで研究室におられた武田さんには研究のノ ウハウを教えて頂きました。プロジェクト研究員の佐藤悟朗さんにもCdTeを研究して いく上で重要なアドバイスを幾度もして頂きました。修士一年の福山君には研究のた めに必要なデータを取ってもらいました。博士３年の牛尾さんにはパソコンの操作法 関係のアドバイスを何度も頂きました。皆様にも深く感謝してします。その他にも高 橋研究室の皆様には本当にお世話になりました。

四年生からの約二年半私はこの高橋研究室及び宇宙研において非常に貴重な時間を 過ごすことができました。ときには厳しいと感じる時もありましたが、それを乗り越 えた際の充実感は何物にも代え難いものだと思います。そしてその上でお世話になり ました全ての先生方、先輩方、後輩、友人、家族にもう一度心から感謝の意を表した いと思います。本当にありがとうございました。

 杉本宗一郎

関連図書

[1] Ogasaka et al , NeXT Hard X-ray Telescope , Proc. SPIE, 5488 (2004) 148.

[2] T. Takahashi, K. Mitsuda, and H. Kunieda, The NeXT mission , In M. J. L. Turner and G. Hasinger, editors, Space Telescopes and Instrumentation II: Ultraviolet to Gamma Ray, Vol. 6266 of Proc. SPIE, p. 62660D, 2006.

[3] Tadayuki Takahashi et al , Wide band X-ray Imager (WXI) and Soft Gamma-ray Detector (SGD) for the NeXT Mission , SPIE, 5488, in press, 2004.

[4] T. Tanaka, et al. Recent results from Si/CdTe semiconductor Compton telescope. Nucl.

” Instr. and Meth. A, Vol. 568, pp. 375-381, 2006.

[5] 武田伸一郎,「次世代ガンマ線天文学のためのSi/CdTe半導体コンプトンカメラの 実証的研究」,博士学位論文,東京大学, 2009.

[6] 青野博之,「Si/CdTeコンプトンカメラによるガンマ線イメージング実験」,修士

学位論文,東京大学, 2009.

[7] Tadayuki Takahashi. A Si/CdTe Compton Camera for gamma-ray lens experiment.

Ex- perimental Astronomy”, Vol. 20, pp. 317-331, 2006.

[8] 佐藤悟朗,「宇宙硬X線・γ 線検出用CdTe/CdZnTe半導体検出器の開発と特性評 価」,修士学位論文,東京大学, 2002.

[9] S.M.ジィー,「半導体デバイス-基礎理論とプロセス技術-」,産業図書.

[10] Z. He , Review of the Shockley-Ramo theorem and its application in semiconductor gamma-ray detectors , Nucl. Instr. and Meth., Vol. A463, pp. 250-267, 2001.

[11] T. Takahashi and S. Watanabe, Recent progress in CdTe and CdZnTe detectors , IEEE Trans. Nucl. Sci., 48, pp. 950-959, 2001.

[12] 高橋忠幸,「テルル化カドミウム(CdTe,CdZnTe)を用いた宇宙硬X線ガンマ線検 出器.宇宙放射線」, Vol. 1, No.2, pp. 97-115, 1999.

[13] 渡辺伸,「テルル化カドミウム(CdTe)半導体を用いた硬X線・ガンマ線撮像用 ピクセル検出器の開発」,修士学位論文,東京大学, 2001.

[14] Y. Iwase, M. Funaki, A. Onozuka, and M. Ohmori , A 90 element CdTe array detec-tor” , Nucl. Instr. and Meth., Vol. A322, pp. 628-632, 1992.

[15] M. Ohmori, Y. Iwase, and R. Ohno , High quality CdTe and its application to radiation detectors. Mater” , Sci. Eng., Vol. B16, pp. 283-290, 1993.

[16] M. Funaki, T. Ozaki, K. Satoh, , and R. Ohno , Growth and Characterization of CdTe Single Crystal for Radiation Detectors” , Nucl. Instr. and Meth., Vol. A436, pp. 120-126, 1999.

[17] T. Ozaki, Y. Iwase, H. Takamura, and M. Ohmori , Thermal treatment of CdTe sur-faces for radiation detectors” , Nucl. Instr. and Meth., Vol. A380, pp. 141-144, 1999.

[18] 田中孝明 , 「SiとCdTeを用いたガンマ線コンプトン望遠鏡の実証実験」, 修士 学位論文,東京大学, 2004.

[19] K. Hecht , Zum Mechanismus des lichtelekrischen Prim¨astomes in isolierenden Kristallen” , Zeits. Phys., Vol. 77, p. 235, 1932.

[20] T. Takahashi, K. Hirose, C. Matsumoto, K. Takizawa, R. Ohno, T. Ozaki, K. Mori, and Y. Tomita, Performance of a New Schottky CdTe Detector for Hard X-ray Spectroscopy , In F. P. Doty and R. B. Hoover, editors, Hard X-Ray and Gamma-Ray Detector Physics and Applications, Vol. 3446 of Proc. SPIE, pp. 29-37, 1998.

[21] C. Matsumoto, T. Takahashi, K. Takizawa, R. Ohno, T. Ozaki, and K. Mori, Perfor-mance of a New Schottky CdTe Detector for Hard X-ray Spectroscopy , IEEE Trans.

Nucl. Sci., 45, pp. 428-432, 1998.

[22] T. Takahashi, B. Paul, K. Hirose, C. Matsumoto, R. Ohno, T.Ozaki, K. Mori, , and Y.

Tomita , High-resolution Schottky CdTe diode for hard X-ray and gamma-ray astron-omy” , Nucl. Instr. and Meth., Vol. A436, pp. 111-119, 1999.

[23] 石川真之介,「次世代宇宙硬X線・ガンマ線観測に向けた新しい電極構造による CdTe半導体撮像検出器の開発」,修士学位論文,東京大学, 2008.

[24] T. Takahashi, S. Watanabe, G. Sato, Y. Okada, S. Kubo, Y. Kuroda, M. Onishi, and R.

Ohno , High Resolution CdTe Detector and Applications to Imaging Devices , IEEE Trans. Nucl. Sci., 48, pp. 287-291, 2001.

[25] S. Watanabe, S. Tanekda, S. Ishikawa, H. Odaka, M. Ushio, T. Tanaka, K. Nakazawa, T. Takahashi, H. Ta jima, Y. Fukazawa, Y. Kuroda, and M. Onishi , Development of Semiconductor Imaging Detectors for a Si/CdTe Compton Camera , Nucl. Inst. Meth., A 579, pp. 871-877, 2007.