世界最高精度の放射線測定センサーを開発―１µm以下という超高精度の位置測定が可能：高エネルギー加速器研究機構/筑波大学
(2017年6月23日発表)
高エネルギー加速器研究機構（KEK）と筑波大学は6月23日、「SOI」と呼ばれる半導体技術を使って世界最高精度の放射線測定センサーを共同で開発したと発表した。１µm (マイクロメートル、1µmは100万分の1m )以下という超高精度の位置測定が可能なことから素粒子や原子核の実験、放射光の実験など最先端の基礎科学分野から医療・産業といった実用の分野まで幅広い利用が期待される。
SOIは、シリコン・オン・インシュレーターの略称。通常の半導体デバイスは、１枚のシリコン基板でできている。それに対しSOIは、2枚のシリコン基板の間に薄い二酸化ケイ素の絶縁膜を挟んで張り合わせた、いわば“2階建て”の構造で、絶縁膜を挟むことによって基板内を流れる漏れ電流が小さくなって高速・低消費電力化が図れ、既に高速LSI、パワーデバイスなど幅広い分野に使われている。
今回の放射線測定センサーは、「SOIピクセルセンサー」といい、大阪大学、東北大学との共同研究チームが開発した。
ピクセルとは、画素のことで、絶縁膜の下のシリコン層の厚みを工夫し、信号処理用のCMOS（相補型金属酸化膜半導体）回路と一体化することで微細なピクセルを実現。8µm角のピクセルをデジタルカメラの撮像素子のように128個×128個正方形状に並べ素粒子が通過した位置を超高精度に測定できるSOIピクセルセンサーを作り上げた。
共同研究チームは、開発したSOIピクセルセンサーを昨年12月に米国のフェルミ国立加速器研究所（FNAL）に持ち込んで120GeV（ギガ電子ボルト：1GeVは10億電子ボルト）の陽子ビームを照射する性能試験を行った。その結果、期待を上回る0.7µmの位置測定精度を得ることができた。1µm以下の精度を記録したのは世界でも初めてという。高い放射線量下で性能が劣化しないことも確かめた。
高エネルギーな素粒子反応で生成される2次粒子の多くは、非常に短い寿命しか持たず、数~数十µm程度の短い距離を飛行した後、他の粒子に崩壊する。そのため、どのような現象が起こったのかを解析するには崩壊点を高精度に計測することが必要になる。共同研究チームは、このSOIピクセルセンサーが「崩壊点検出器の性能向上の切り札になる」ものと見ている。
