単一チップ上に集積化されたX線エネルギー検出センサー -放射光計測から分析・検査まで性能向上に貢献-

2026-03-16 理化学研究所,,高輝度光科学研究センター,株式会社ディーアンドエス,株式会社エイアールテック,株式会社MIST

理化学研究所など共同研究グループは、シリコン・ドリフト検出器(SDD)電荷増幅アンプ単一チップ集積する世界技術開発し、30素子搭載したXエネルギー検出センサー「mxdCMOS」実現した。SOIセンサー技術応用すること高密度配置可能にし、素子SDDとして世界最高なる計数77Mphotons/s/cm²達成。高強度放射光環境でも精度測定可能となり、SPring-8元素マッピング化学状態解析精細化・高速期待れる。既存システム50計数向上見込まれ、元素マッピング時間6時間から7短縮可能れる。半導体電池製造工程検査装置など産業分野応用期待れる。

単一チップ上に集積化されたX線エネルギー検出センサー -放射光計測から分析・検査まで性能向上に貢献-
高密度モノリシックX線エネルギー検出センサー「mxdCMOS」

<関連情報>

モノリシック多素子シリコンドリフト検出器の開発 Development of Monolithic Multi-Element Silicon Drift Detectors

Togo Kudo; Ikuo Kurachi; Takafumi Ohmoto; Toshifumi Imamura; Tomoaki Maeda; Toshiaki Tosue;…
IEEE Transactions on Nuclear Science  Published:24 February 2026
DOI:https://doi.org/10.1109/TNS.2026.3667475

Abstract

In this study, a monolithic multi-element silicon drift detector (mxdCMOS) was developed utilizing the Silicon-on-Insulator (SOI) technology, specifically designed for high count-rate measurement in synchrotron radiation X-ray spectroscopy. The fabricated chip, measuring 12.4 mm × 18.5 mm, integrates 30 Silicon Drift Detector (SDD) elements, each with an area of 1.8 mm × 1.8 mm. This study successfully demonstrated that each element operates at a count rate exceeding 1 Mcps, achieving a linear response up to 30 Mcps and a saturation throughput of 75 Mcps per chip. This performance surpasses the limits of conventional single-element SDDs, which typically saturate at the 1 Mcps level, and represents one of the highest rates among existing multi-element systems. By employing digital signal processing with a short peaking time of 130 ns, an energy resolution of 170 eV (Full Width at Half Maximum at 5.9 keV) was achieved. This unprecedented count-rate capability offers significant advantages for applications requiring high-throughput, such as fluorescence-yield Quick X-ray Absorption Fine Structure (XAFS) and high-speed elemental mapping using high-brilliance synchrotron X-ray beams. The monolithic integration of the detector array and readout electronics resolves conventional issues related to external amplifier connections, such as noise and wiring capacitance.

0403電子応用
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