レーザーと照射方式¶
波長と吸収長¶
シリコン中での光の吸収長は波長に強く依存します。 TCT ではこれを利用して、電荷を生成する場所を選びます。
| 波長（例） | 室温での吸収長（目安） | 電荷生成の様子 | 主な用途 |
|---|---|---|---|
| 赤色 (≈ 660 nm) | 数 µm | 表面付近のみ | 電子・正孔を分けた測定、電場分布の評価 |
| 赤外 (≈ 1064 nm) | ≈ 1 mm | 厚さ全体にほぼ一様 | MIP を模擬した測定、Edge-TCT |
| 赤外 (≈ 1550 nm, fs パルス) | 1 光子では透過 | 焦点付近のみ（2 光子吸収） | TPA-TCT による 3 次元測定 |
温度依存性
特に 1064 nm 付近の吸収長はバンドギャップ端に近いため温度に敏感です。 温度を変えて比較するときは、生成電荷量の変化に注意してください。
照射方式¶
Top-TCT（表面・裏面照射）¶
センサーの表面または裏面に垂直にレーザーを入射する基本的な方式です。
- 金属電極の上からは照射できないため、電極の開口部（光学窓）やストリップ間を狙います。
- 赤色レーザーを用いると、片方のキャリアだけの信号を観測できます。
- 赤外レーザーでは厚さ方向全体に電荷が生成され、MIP に近い信号になります。
Edge-TCT¶
研磨したセンサーの 側面 から、表面と平行に赤外レーザーを入射します。 焦点を深さ方向 \(y\) に走査することで、深さごとの電荷収集・ドリフト速度 を測定できます。
レーザーが入射した直後（\(t \approx 0\)）は、キャリアがまだ移動しておらずトラッピングの影響も小さいため、 その時刻の電流（prompt current）は
\[
I(y, t \approx 0) \propto \big(v_e(y) + v_h(y)\big)\,E_w(y)
\]
となり、ドリフト速度、すなわち電場の深さ分布を推定できます 1。
側面の処理
側面のダイシング面が荒れていると光が散乱し、焦点が広がります。 Edge-TCT 用のサンプルは側面を研磨しておくのが望ましいです。
TPA-TCT¶
シリコンのバンドギャップより光子エネルギーが小さいフェムト秒レーザー（≈ 1550 nm）を用いると、 光子 1 個では吸収されず、光子密度が高い焦点付近でのみ 2 光子吸収 が起こります。 そのため、焦点の位置で 3 次元的に電荷生成位置を決めることができます。
ビームスポットと焦点¶
- 位置分解能はビームの焦点サイズで決まります（典型的には数 µm〜十数 µm 程度）。
- 焦点位置は フォーカススキャン で決めます。
- レーザー強度が高すぎると、生成電荷が多すぎて電場が遮蔽される（プラズマ効果）ため波形が歪みます。 強度を変えて波形の形が変わらないことを確認してください。
-
G. Kramberger et al., "Investigation of Irradiated Silicon Detectors by Edge-TCT", IEEE Trans. Nucl. Sci. 57 (2010) 2294. ↩