X 線用 CCD 検出器の性能向上

1. X線用CCD検出器の性能向上 京都大学 宇宙線研究室 辻本匡弘、濱口健二、村上弘志 鶴剛、小山勝二 ＆ 愛媛大学　粟木久光

2. CCD-CREST の開発 • 戦略的基礎研究「画素の小さいX線CCDの開発研究」 • 阪大常深研、京大宇宙線、浜松ホトニクス社の 共同プロジェクト • 開発目的 ①本年度まで…スペクトロメータとして性能が高いチップ　厚い空乏層（→高検出効率）、高いエネルギー分解能 [目標]空乏層厚50μm、エネルギー分解能１３０ｅＶ@５．９ｋｅＶ ②本年度から…ポラリメータとして実用的なチップ 小さいピクセルサイズ（→偏光X線測定） [目標]ピクセルサイズ ８μｍ×８μｍ

3. 内容 １、実験セットアップ ２、スペクトロメータとしての性能を向上させる実験 • 実験A：蓄積・転送電圧の分離 ３、ポラリメータの予備的実験 • 実験B：偏光測定システム構築と 偏光X線イベントの解析 ４、まとめと今後の課題

4. 実験セットアップ • CCD-CREST (deep2) • Frame Transfer型 • ２相クロック駆動方式 • ピクセルサイズ • 24μm×24μm • 1024×1024ピクセル 真空チェンバ クロック ジェネレータ ADC

5. 実験A：蓄積・転送電圧分離（１） 検出効率を上げるため高くしたい 暗電流を抑えるため 低くしたい Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｌ Ｈ Ｌ Ｈ 電極 絶縁層 空乏層 電子 電子の potential 電子 転送中 蓄積中

6. 実験A：蓄積・転送電圧分離（2） 転送中の 電極電圧 蓄積中の 電極電圧 55Feを照射したときのスペクトル カウント数 １５[V] クロック アナログ スイッチ ０[V] ＭｎＫα ＭｎＫβ ＣＣＤの電極 スイッチング回路の模式図 パルスハイト

7. 実験A：蓄積・転送電圧分離（3）

8. 実験B：偏光X線の測定（1） 直線偏光したＸ線が入射 →　ＣＣＤ表面での電子群の広がりが楕円 →　楕円の回転角から偏光面と偏光度を求める 偏光Ｘ線による 電子群の広がり １７μｍ＠５０[ｋｅＶ] ＣＣＤ-ＣＲＥＳＴ の画素サイズ ２４[μｍ] 偏光方向 電子群の 広がり ＣＣＤ表面

9. 実験B：偏光X線の測定（2） X線発生装置 X線 CCD 吸収体 • 　最高５０ｋｅＶのX線をCCDに入射 • X線管内の加速方向に直線偏光 • 　偏光度は約40% • 　発生装置を回転 • →色々な偏光角で測定 Θ 水平面 偏光面

10. 実験B：偏光X線の測定（３）

11. まとめと今後 ① スペクトロメータとして性能が高いチップ • 蓄積中と転送中の電圧の分離 • →エネルギー分解能を劣化させずに空乏層厚増 空乏層の厚いチップ作成、測定 測定システムからのノイズを落とす ② ポラリメータとして実用的なチップ • 偏光Ｘ線測定システムを立ち上げ • 偏光Ｘ線イベント解析方法を確立 小ピクセルサイズのＣＣＤの製作、測定

12. 実験A：蓄積・転送電圧分離（4）

13. 実験A：X線斜め入射（２） 入射角６０°の時に実効的な空乏層厚が６２．３μｍ 入射角が大きいと、電子雲の広がりは小さくエネルギー分解能向上

14. 実験A：X線斜め入射（１） 斜めからX線を入射することで 実効的に空乏層を厚くすることができる 入射X線 Θ 電極 絶縁層 空乏層 光電吸収 CCDの断面図

15. 実験A：X線斜め入射（２）

16. ３０度 ０度 ６０度 ９０度