素粒子実験などにおいて粒子の検出に用いられているシリコン（Si）半導体は、高放射線環境下では異常を来たすため長期利用は困難です。今回、放射線耐性がより高い窒化ガリウム（GaN）半導体を用いて、単一の放射線粒子の位置をリアルタイムかつ2次元で正確に検出することに成功しました。

　シリコン（Si）半導体は、私たちの身の回りでたくさん使われていますが、高い線量の放射線に曝される環境では、特性劣化や誤動作、故障を引き起こすため、長期利用が困難です。そのため、高エネルギー加速器を用いた素粒子実験や、原子炉の格納容器内部での使用、長期間の月面探査といった場面では、新たな材料開発が必要になります。

　高放射線環境で長寿命動作できる材料として、原子の結合が強いワイドギャップ半導体があります。中でも窒化ガリウム（GaN）は、青色LEDや高周波パワー素子に使われています。しかしながら、素粒子実験における粒子の2次元位置検出において、これまで、GaN半導体を検出器に用いた例はありませんでした。

　本研究では、ピクセルサイズ100µmの縦型GaN放射線検出器を作製し、単一のα粒子およびキセノン（Xe）重粒子の位置をリアルタイムで検出することに成功しました。この検出器は、Siを用いたものと比べて約10倍の放射線量でも動作できます。また、GaNは大面積かつ高品質な試料が入手可能であることから、実用性にも優れていると言えます。

　本研究成果により、高放射線環境でも粒子線の2次元位置検出が可能になりました。この技術は、高エネルギー加速器、宇宙開発、原子力発電所、放射線医療分野への貢献が期待されます。

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プレスリリース

研究代表者

筑波大学数理物質系
奥村 宏典　准教授

掲載論文

【題名】

GaN radiation detectors with low-gain avalanche diode structure
（LGAD構造を持つGaN放射線検出器）

【掲載誌】

Japanese Journal of Applied Physics

【DOI】

10.35848/1347-4065/ae2dad

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