ガードリング構造CCDの
空乏層厚及びCTE測定と
Pch9-17のCTE測定
京都大学 理学研究科 宇宙線研究室
乾 達也
高木 慎一郎、鶴 剛
概略
• ガードリング構造CCD Pch14B-05-13
– 駆動電圧の最適化
– 空乏層厚測定
• VBB=12V
• VBB=24V
• まとめ
• Pch9-17-04とPch14B-05-13のCTE
Pch14B-05-13
クロック最適化
• バックバイアスは12Vと24Vで駆動
• 初期駆動は浜松駆動電圧
駆動条件
VBB=12V
温度-100℃
線源:241Am
OG=-5,RD=-12,OD=-20,PH=+3/-7,SG=+3/-7,RG=+3/-7,PV=+3/-7 (V)
正常に駆動
(CTEについては最終ページ「補足」参照)
Pch14B-05-13
クロック最適化
駆動条件
VBB=24V
温度-100℃
OG=-5,RD=-12,OD=-20,PH=+3/-7,SG=+3/-7,RG=+3/-7,PV=+3/-7 (V)
横方向にイベントが筋を引く
電圧の最適化
1. OGの変更
• OG=-3→特に変化なし,OD=-7V→イベント取得できず
2. RDの変更
• RD=-11V→イベント検知できず,RD=-13V→悪化
3. PHの変更
• PH-=-10に変更→若干収まる
4. SGの変更
• SG-=-10に変更→特に変化なし
• SG-=-5に変更→筋がかなり収まる
→イベントの検知は可能
OG=-5,RD=-12,OD=-20,PH=+3/-10,SG=+3/-5,RG=+3/-7,PV=+3/-7 (V)
Pch14B-05-13
空乏層厚測定
CCD(空乏層)
コリメータ
絶対強度
測定日2004/2/9から実験日2005/3/14まで
は400日であることから、2005/3/14時点の
絶対強度I0は
I0 =6.4 x (1/2)^(400/462.6)=3.5count/sec
絶対強度I0
検出数I
コリメートし、一定フラックスのX線ビームに
対する検出効率を調べ、空乏層厚を求める。
使用した109Cd線源の絶対強度は2004年2
月9日にシンチレータにて測定した強度から
半減期(462.6日)を考慮して算出。
109Cd
量子効率
I / I0 = exp(1-ax)
22.1keVのX線に対するSiの吸収係数
a=6.85
xは空乏層の厚み
Pch14B-05-13
取得スペクトル
VBB=12 V
イベント閾値600
露光時間40secに対して転送時間17secが無視でき
ないため、露光0秒転送のみのデータも取得し、露光
40秒+転送17秒のデータから差し引く。
ガウシアンの面積から
ウエハ比抵抗10
露光40sec+転送17sec
kΩcmとして、
Ka=17668count/600frame
予想される
Kb=3465count/600frame
空乏層厚280mm
転送17secのみ
Ka,Kb=1417count/300frame
イベントレートとしては
(17668+3465-1417x2)/(600x40)=0.76count/sec
量子効率 [email protected] ~空乏層360mm
Pch14B-05-13
取得スペクトル
VBB=24 V
イベント閾値600
ウエハ比抵抗10
露光40sec+転送17sec
Ka,Kb=7348count/195frame kΩcmとして、
予想される
転送17secのみ
Ka,Kb=1224count/195frame 空乏層厚330mm
イベントレートとしては0.79count/sec
量子効率 [email protected] ~空乏層371mm
VBB=24Vではイベント流れが見られる
が、解析ではVBB=12V,24Vいずれも同
一のイベント閾値を用いて検出
•中性領域のイベントまで検出している?
•イベント流れにより取りこぼしているイベ
ントがある?
Pch14B-05-13
イベント閾値の変更
VBB=12 V
VBB=24 V
赤:イベント閾値800で検出されたイベント、緑:イベント閾値600で追加で検出されたイベント
• イベント閾値800で検出されたイベントを用いて空乏層を計算すると
– VBB=12 Vで0.61count/sec→279mm
– VBB=24 Vで0.55count/sec?
• イベント閾値800ではVBB=24Vのとき、拡がってしまったイベントを取りこぼし
てしまっていると考えられる
• 空乏層イベントと浅い中性領域イベントの境界となる閾値を探るのは困難
まとめ
• ガードリング構造Pch14B-05-13をバックバイアス駆動
し、その空乏層厚を測定
• 空乏層厚は360mm@VBB=12V、371mm@VBB=24V
となり、300mm以上の空乏層であることを確認
• ウエハ比抵抗10kΩcmとして予測される空乏層はVB
B=12V時 280mm、VBB=24V時 330mmであり、
予想以上のバックバイアス電圧による変化は見られな
かった
• イベント閾値により空乏層厚の見積もりが大きく異なる。
– 電子線を用いた空乏層厚測定を行う予定
Pch14B-05-13
補:CTE
駆動条件
VBB=12V
温度-100℃
線源:241Am
OG=-5,RD=-12,OD=-20,PH=+3/-7,SG=+3/-7,RG=+3/-7,PV=+3/-7 (V)
波高値分布
領域1と2でそれぞれ
スペクトルを取得
[ADU]
241Amの13.9keVの
17.8 keV
16.9 keV
13.9 keV
1
2
横転送方向 [pixel]
ピークのみに注目、
中心値をガウシアンを
当てて求めると
1:1867
2:1864
で、CTE~10-6/transと
なる。
Pch9-17-02
Pch9-17-02バックバイアス
実験条件 (Back Bias VBB=5 V) 使用線源:241Am
クロック:PV=-6/+1,PH=-6/+1,SG=-6/+5,RG=-6/+4,OG=-3,RD=-12,OD=-20 (V)
領域1と2でそれぞれ
スペクトルを取得
17.8 keV
1
16.9 keV
13.9 keV
2
同じく
241Amの13.9keVの
ピークのみに注目、
中心値をガウシアンを
当てて求めると
1:2255
2:2255
で、CTE~1 /transとな
る。
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V BB =24 V - 宇宙線研究室