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InSb(インジウムアンチモン)検出器 2010年5月3日更新 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． 現在の研究状況 下記のような研究助成を頂いて活動を行ってきました．液相エピタキシャル法という方法を用いた結晶育成がうまく行き始め，新たな成果が出てきています．現在，Nuclear Instruments and Methods in Physics Researchという雑誌に投稿中ですので，詳細は省きますが，実験を行い続々と新しい結果が出てきています．また，ゾーンメルト法という結晶育成法も軌道に乗りつつあり，電気特性の良い結晶もできるようになりました．博士院生の佐藤君の尽力の成果です． 研究助成 平成10年度京都大学ベンチャービジネスラボラトリ若手研究助成 平成15ー17年度の日本学術振興会科学研究費補助金(B)一般 平成15年度池谷科学技術振興財団研究助成金 平成15-17年度「低温動作・高効率・高エネルギー分解能InSb放射線検出器開発の基礎研究」，基盤研究(B) 平成18-20年度「高検出効率・高速動作の化合物半導体InSb光子検出器開発と医療診断応用」，基盤研究(B) 平成19-21年度 「InSb検出器を用いた自動車燃料油用蛍光X線硫黄分析計の開発」,独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構イノベーション実用化助成事業大学発事業創出実用化研究開発事業（研究開発事業) 論文，特許など 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). 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). 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). 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). 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). 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). 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). 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). 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) 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). 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). 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). 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). 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). 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). 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). M. Katagiri, T. Nakamura, I. Kanno, O. Sugiura, "Solid-state Radiation Detector Using a Single Crystal of Compound Semiconductor InSb", US 7,002,158 B2, Feb. 21, 2006. 出願番号 2003-271132 「ヘリウム３と粒子検出素子による低温中性子検出器及び中性子イメー ジ検出器 」，片桐政樹，中村龍也，荒殿保幸，神野郁夫，杉浦修． 出願番号 2003-17310 「化合物半導体InSb単結晶を用いた半導体放射線検出器」，片桐政樹，中村龍也，神野郁夫，杉浦修．
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