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所属 |
工学教育研究部 工学科応用物理工学プログラム担当 |
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職名 |
准教授 |
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外部リンク |
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研究分野 【 表示 ／ 非表示 】
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エネルギー / 量子ビーム科学
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自然科学一般 / 素粒子、原子核、宇宙線、宇宙物理にする実験
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ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 電子デバイス、電子機器
論文 【 表示 ／ 非表示 】
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Takeda A., Mori K., Nishioka Y., Hida T., Yukumoto M., Kanemaru Y., Yonemura S., Mieda K., Tsuru T.G., Tanaka T., Kurachi I., Arai Y.
Journal of Instrumentation 15 ( 12 ) 2020年12月
担当区分：筆頭著者 記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Journal of Instrumentation
This paper reports on the development of on-chip pattern processing in the event-driven silicon-on-insulator pixel detector for X-ray astronomy with background rejection purpose. X-ray charge-coupled device (CCD) detectors, well-established pixel detectors used in this field, has proven that classification of detected events considering their spatial pattern is effective for particle background rejection. Based on the current architecture of our device and from the CCD images obtained in space, we first established a design concept and algorithm of the pattern processor to be implemented. Then, we developed a new device, including a prototype pattern-processing circuit. Experiments using X-ray and beta-ray radioisotopes demonstrated that the pattern processor properly works as expected, and the particle background rejection is realized in an on-chip fashion. This function is useful, especially in a limited-resource system such as the CubeSat.
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Takeda A., Mori K., Nishioka Y., Fukuda K., Yukumoto M., Hida T., Tsuru T.G., Tanaka T., Uchida H., Hayashi H., Harada S., Okuno T., Kayama K., Arai Y., Kurachi I., Kohmura T., Hagino K., Negishi K., Oono K., Yarita K., Matsumura H., Kawahito S., Kagawa K., Yasutomi K., Shrestha S., Nakanishi S., Kamehama H.
Journal of Instrumentation 15 ( 11 ) 2020年11月
担当区分：筆頭著者 記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Journal of Instrumentation
This paper reports the spectroscopic performance improvement of the silicon-oninsulator (SOI) pixel detector for X-ray astronomy, by introducing a double-SOI (D-SOI) structure. For applications inX-ray astronomical observatories, we have been developing a series of monolithic active pixel sensors, named as “XRPIXs,” based on SOI pixel technology. The D-SOI structure has an advantage that it can suppress a parasitic capacitance between the sensing node and the circuit layer, due to which the closed-loop gain cannot be increased in our conventional XRPIXs with a single-SOI (S-SOI) structure. Compared to the S-SOI XRPIX, the closed-loop gain is doubled in the D-SOI XRPIX. The readout noise is effectively lowered to 33% (16 e (rms)), and the energy resolution at 6.4 keV is improved by a factor of 1.7 (290 eV in FWHM). The suppression of the parasitic capacitance is also quantitatively evaluated based on the results of capacitance extraction simulation from the layout. This evaluation provides design guidelines for further reduction of the readout noise.
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Single event tolerance of x-ray silicon-on-insulator pixel sensors 査読あり
Hagino K., Hayashida M., Kohmura T., Doi T., Tsunomachi S., Kitajima M., Tsuru T.G., Uchida H., Kayama K., Mori K., Takeda A., Nishioka Y., Yukumoto M., Mieda K., Yonemura S., Ishida T., Tanaka T., Arai Y., Kurachi I., Kitamura H., Kawahito S., Yasutomi K.
Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 8 ( 4 ) 2022年10月
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems
We evaluate the single event tolerance of the x-ray silicon-on-insulator (SOI) pixel sensor named XRPIX, developed for the future x-ray astronomical satellite FORCE. In this work, we measure the cross-section of single event upset (SEU) of the shift register on XRPIX by irradiating heavy ion beams with linear energy transfer (LET) ranging from 0.022 to 68 MeV / (mg/cm2). From the SEU cross-section curve, the saturation cross-section and threshold LET are successfully obtained to be 3.4-0.9+2.9×10-10 cm2/bit and 7.3-3.5+1.9 MeV/(mg/cm2), respectively. Using these values, the SEU rate in orbit is estimated to be â‰2 0.1 event / year primarily due to the secondary particles induced by cosmic-ray protons. This SEU rate of the shift register on XRPIX is negligible in the FORCE orbit.
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A broadband X-ray imaging spectroscopy in the 2030s: the FORCE mission 査読あり 国際共著
Koji MORI, Ayaki TAKEDA
Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering 121812 1218122 2022年7月
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（国際会議プロシーディングス）
DOI： 10.1117/12.2628772
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Kitajima M., Hagino K., Kohmura T., Hayashida M., Oono K., Negishi K., Yarita K., Doi T., Tsunomachi S., Tsuru T.G., Uchida H., Kayama K., Kodama R., Tanaka T., Mori K., Takeda A., Nishioka Y., Yukumoto M., Mieda K., Yonemura S., Ishida T., Arai Y., Kurachi I.
Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 8 ( 2 ) 2022年4月
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems
We have been developing the monolithic active pixel detector XRPIX onboard the future x-ray astronomical satellite FORCE. XRPIX is composed of complementary metal-oxide-semiconductor pixel circuits, SiO2 insulator, and Si sensor by utilizing the silicon-on-insulator (SOI) technology. When the semiconductor detector is operated in orbit, it suffers from radiation damage due to x-rays emitted from celestial objects as well as cosmic rays. From previous studies, positive charges trapped in the SiO2 insulator are known to cause degradation of the detector performance. To improve the radiation hardness, we developed XRPIX equipped with a double-SOI (D-SOI) structure, introducing an additional silicon layer in the SiO2 insulator. This structure is aimed at compensating for the effect of the trapped positive charges. Although the radiation hardness of the D-SOI detectors to cosmic rays has been evaluated, the radiation effect due to x-ray irradiation has not been evaluated. Thus, we then conduct an x-ray irradiation experiment using an x-ray generator with a total dose of 10 krad at the SiO2 insulator, equivalent to 7 years in orbit. As a result of this experiment, the energy resolution in full-width half maximum for the 5.9 keV x-ray degrades by 17.8 % ± 2.8 % and the dark current increases by 89 % ± 13 %. We also investigate the physical mechanism of the increase in the dark current due to x-ray irradiation using technology computer-Aided design simulation. It is found that the increase in the dark current can be explained by the increase in the interface state density at the Si / SiO2 interface.
MISC 【 表示 ／ 非表示 】
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広帯域X線の高感度観測衛星FORCE:2020年度のミッション部および衛星システム検討の進化
中澤知洋, 森浩二, 村上弘志, 寺田幸功, 久保田あや, 榎戸輝揚, 馬場彩, 小高裕和, 谷津陽一, 小林翔悟, 幸村孝由, 萩野浩一, 内山泰伸, 北山哲, 高橋忠幸, 石田学, 渡辺伸, 山口弘悦, 大橋隆哉, 中嶋大, 古澤彰浩, 鶴剛, 上田佳宏, 田中孝明, 内田裕之, 松本浩典, 野田博文, 常深博, 信川正順, 太田直美, 信川久実子, 伊藤真之, 粟木久光, 寺島雄一, 深沢泰司, 水野恒史, 高橋弘充, 武田彩希, 大野雅功, 赤松弘規, HORNSCHEMEIER A.E, 岡島崇, ZHANG W.W.
日本物理学会講演概要集(CD-ROM) 76 ( 1 ) 2021年
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SOI技術を用いた新型X線撮像分光器の開発 52:X線SOIピクセル検出器のトリガー性能評価
山田龍, 鶴剛, 内田裕之, 佳山一帆, 松田真宗, 天野雄輝, 田中孝明, 川人祥二, 安富啓太, 亀濱博紀, 新井康夫, 倉知郁生, 森浩二, 武田彩希, 西岡祐介, 行元雅貴, 三枝紀嵐, 米村修斗, 石田辰徳, 前野立樹, 泉大輔, 岩切卯月, 梅野飛羽, 幸村孝由, 萩野浩一, 北島正隼, 林田光揮, 大野顕司, 根岸康介, 鑓田敬吾, 土居俊輝, 角町駿
日本天文学会年会講演予稿集 2021 2021年
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SOI技術を用いた新型X線撮像分光器の開発 51:Double-SOI構造の大面積X線SOIピクセル検出器の性能評価
三枝紀嵐, 森浩二, 武田彩希, 西岡祐介, 行元雅貴, 米村修斗, 石田辰徳, 泉大輔, 岩切卯月, 梅野飛羽, 鶴剛, 内田裕之, 天野雄輝, 佳山一帆, 松田真宗, 倉知郁生, 新井康夫, 幸村孝由, 萩野浩一, 北島正隼, 土居俊輝, 島添健次, 神谷好郎, 上ノ町水紀, 田中孝明, 川人祥二, 安富啓太, 亀濱博紀
日本天文学会年会講演予稿集 2021 2021年
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SOI技術を用いた新型X線撮像分光器の開発 50:Double-SOI構造を導入したX線SOIピクセル検出器の放射線損傷による暗電流増加の原因究明
北島正隼, 幸村孝由, 萩野浩一, 林田光揮, 大野顕司, 根岸康介, 鑓田敬吾, 土居俊輝, 角町駿, 鶴剛, 内田裕之, 天野雄輝, 佳山一帆, 松田真宗, 山田龍, 田中孝明, 森浩二, 武田彩希, 西岡祐介, 行元雅貴, 三枝紀嵐, 米村修斗, 石田辰徳, 新井康夫, 倉知郁生
日本天文学会年会講演予稿集 2021 2021年
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SOI技術を用いた新型X線撮像分光器の開発 49:PDD構造における分光性能のウェルの不純物濃度依存性の評価
米村修斗, 森浩二, 武田彩希, 西岡祐介, 行元雅貴, 三枝紀嵐, 石田辰徳, 泉大輔, 岩切卯月, 梅野飛羽, 鶴剛, 内田裕之, 天野雄輝, 佳山一帆, 松田真宗, 倉知郁生, 新井康夫, 幸村孝由, 萩野浩一, 北島正隼, 土居俊輝, 田中孝明, 川人祥二, 安富啓太, 亀濱博紀
日本天文学会年会講演予稿集 2021 2021年
講演・口頭発表等 【 表示 ／ 非表示 】
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SOI pixel detectors for x-ray astronomy 招待あり 国際会議
Ayaki TAKEDA
10th International Workshop on Semiconductor Pixel Detectors for Particles and Imaging "PIXEL2022" 2022年12月15日
開催年月日： 2022年12月12日 - 2022年12月16日
記述言語：英語 会議種別：口頭発表（招待・特別）
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Development of SOI-GFAG Compton imager with recoil electron tracking capability 国際会議
Mizuki UENOMACHI, Ayaki TAKEDA
10th International Workshop on Semiconductor Pixel Detectors for Particles and Imaging "PIXEL2022" 2022年12月15日
開催年月日： 2022年12月12日 - 2022年12月16日
記述言語：英語 会議種別：口頭発表（一般）
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Development of Hybrid Silicon Detector using Pixelized PIN Sensor for Eledctron-tracking Compton Camera Scatterer 国際会議
Ayaki TAKEDA
2022 IEEE Nuclear Science Symposium, Medical Imaging Conference and Room Temperature Semiconductor Detector Conference 2022年11月7日
開催年月日： 2022年11月5日 - 2022年11月12日
記述言語：英語 会議種別：ポスター発表
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Development of SOI-GFAG Compton-PET hybrid imaging system 国際会議
Mizuki UENOMACHI, Ayaki TAKEDA
2022 IEEE Nuclear Science Symposium, Medical Imaging Conference and Room Temperature Semiconductor Detector Conference 2022年11月12日
開催年月日： 2022年11月5日 - 2022年11月12日
記述言語：英語 会議種別：口頭発表（一般）
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SOI技術を基盤とするセンサ回路一体型半導体ピクセル検出器の開発と応用 招待あり
武田 彩希
第59回アイソトープ・放射線研究発表会
開催年月日： 2022年7月6日 - 2022年7月8日
記述言語：日本語 会議種別：口頭発表（招待・特別）
受賞 【 表示 ／ 非表示 】
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令和４年度 コニカミノルタ画像科学奨励賞
2023年3月 公益財団法人 コニカミノルタ科学技術振興財団 高感度・広帯域化を実現する異種半導体一体型Ｘ線イメージセンサの開発
武田 彩希
受賞区分：国内外の国際的学術賞
科研費（文科省・学振・厚労省）獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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パルス中性子イメージングの高解像度化を実現する半導体検出器の開発
研究課題/領域番号：22H03873 2022年04月 - 2025年03月
独立行政法人日本学術振興会 科学研究費補助金 基盤研究(B)
担当区分：研究代表者
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ＣＰＵ組み込みＦＰＧＡを用いたガンマ線リアルタイムイメージング手法の研究
研究課題/領域番号：19K14742 2019年04月 - 2022年03月
日本学術振興会 科学研究費補助金 若手研究
武田 彩希
担当区分：研究代表者
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多層化SOIピクセル検出器による電子飛跡型半導体コンプトンカメラの開発
研究課題/領域番号：15K17648 2015年04月 - 2018年03月
科学研究費補助金 若手研究(B)
担当区分：研究代表者
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暗黒物質探査に特化した半導体を用いた電子飛跡検出型コンプトンカメラの開発
研究課題/領域番号：22H0125401 2022年04月 - 2027年03月
科学研究費補助金 基盤研究（B）
担当区分：研究分担者
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ミュオン特性X線による非破壊リチウムイメージング
研究課題/領域番号：22H0387501 2022年04月 - 2026年03月
科学研究費補助金 基盤研究（B）
担当区分：研究分担者
その他競争的資金獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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超小型衛星による地球超高層大気の観測に向けたＸ線カメラの開発
2022年08月 - 2023年07月
公益財団法人 村田学術振興財団 第38回（2022年度）公益財団法人 村田学術振興財団 研究開発助成
武田 彩希
担当区分：研究代表者
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可搬型ガンマ線実時間撮像装置の実現に向けたデータ処理技術の開発
2022年02月 - 2023年01月
公益財団法人 島津科学技術振興財団 2021年度研究開発助成
武田 彩希
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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高感度・広帯域化を実現する異種半導体一体型Ｘ線イメージセンサの開発
2023年03月 - 2025年02月
公益財団法人 コニカミノルタ科学技術振興財団 令和４年度コニカミノルタ画像科学奨励賞 助成金
武田 彩希
担当区分：研究代表者
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Si-CdTe一体型３次元半導体放射線イメージセンサの開発
2023年01月 - 2023年12月
公益財団法人 カシオ科学振興財団 第40回（令和４年度）研究助成
武田 彩希
担当区分：研究代表者