Development of superconducting tunnel junction X-ray detector utilizing silicon pixel absorber

• Project/Area Number: 25390142
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Quantum beam science
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Shiki Shigetomo 国立研究開発法人産業技術総合研究所, ナノエレクトロニクス研究部門, 主任研究員 (50342796)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): OHKUBO Masataka 産業技術総合研究所, ナノエレクトロニクス研究部門, 上席イノベーションコーディネーター (60356623) ; UKIBE Masahiro 産業技術総合研究所, ナノエレクトロニクス研究部門, グループ長 (00344226)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2015: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2014: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2013: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 超伝導トンネル接合 / Ｘ線検出器 / エネルギー分解能 / 微細加工 / MEMS / Ｘ線吸収分光 / 微量軽元素 / Ｘ線 / 検出器 / Ｘ線分光 / 超伝導検出器 / STJ / ＭＥＭＳ / 蛍光Ｘ線分析 / 蛍光エックス線分析

Outline of Final Research Achievements

We investigated fabrication and performance of superconducting tunnel junction (STJ) X-ray detector having silicon pixel absorber (SPA) to realize high sensitivity and high energy resolution in 2-4 keV soft X-ray region. One hundred STJ pixels are fabricated on the front side of a 400 micrometer thick Si substrate. SPAs are formed etching silicon substrate from the backside of STJ pixels. The depth of the silicon trench is 350 micrometer. Energy resolution of an STJ-SPA is 135 eV FWHM for 5.9 keV X-ray. The readout noise is 18 eV FWHM. By utilizing the SPA-STJ X-ray detector, it was succeeded to acquire X-ray absorption fine structure spectra of light element of Sulfur with a concentration of less than 0.1 atomic % in a soda lime glass.

Research Products

• [Journal Article] Development of superconducting tunnel junction X-ray detector with high absorption yields utilizing silicon pixel absorber (2016)
  • Author(s): Shigetomo Sjiki, Go Fujii, Masahiro Ukibe, Masataka Ohkubo
  • Journal Title: Journal of Low Temperature Physics Volume: online-first Issue: 1-2 Pages: 1-5
  • DOI: 10.1007/s10909-016-1537-5
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Development of superconducting tunnel junction X-ray detector with high absorption yields utilizing silicon pixel absorber (2015)
  • Author(s): Shigetomo Shiki
  • Organizer: 16th International Workshop on Low Temperature Detectors
  • Place of Presentation: フランス（グルノーブル）
  • Year and Date: 2015-07-20
• [Presentation] Si吸収体を有する超伝導トンネル接合検出器を用いたkeV領域のイオン計測 (2015)
  • Author(s): 志岐 成友、藤井 剛、浮辺 雅宏、小池 正記、大久保 雅隆
  • Organizer: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス(神奈川県平塚市)
  • Year and Date: 2015-03-13
• [Presentation] シリコンピクセル吸収体を有する超伝導トンネル接合検出器の開発と放射光への応用 (2015)
  • Author(s): 志岐 成友、藤井 剛、浮辺 雅宏、小池 正記、北島 義典、大久保 雅隆
  • Organizer: 第28回日本放射光学会年会 放射光科学合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 立命館大学(滋賀県)
  • Year and Date: 2015-01-12
• [Presentation] Fabrication of superconducting tunnel junction X-ray detector with high absorption yields utilizing silicon pixel absorber (2014)
  • Author(s): 志岐 成友、藤井 剛、浮辺 雅宏、小池 正記、松林 信行、北島 義典、大久保 雅隆
  • Organizer: 2nd International Workshop on Superconducting Sensors and Detectors
  • Place of Presentation: 中国（上海）
  • Year and Date: 2014-11-07
• [Presentation] シリコンピクセル吸収体を有する超伝導トンネル接合アレイ検出器（２） (2014)
  • Author(s): 志岐 成友、藤井 剛、浮辺 雅宏、小池 正記、大久保 雅隆
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2014-09-20
• [Presentation] 超伝導検出器を用いた蛍光収量法による 2 - 4 keV のX線吸収分光 (2014)
  • Author(s): 志岐 成友、藤井 剛、浮辺 雅宏、小池 正記、松林 信行、北島 義典、大久保 雅隆
  • Organizer: 第17回XAFS討論会
  • Place of Presentation: 徳島大学
  • Year and Date: 2014-09-03
• [Presentation] 深溝加工されたシリコン基板を吸収体とする超伝導トンネル接合Ｘ線検出器 (2014)
  • Author(s): 志岐 成友、藤井 剛、浮辺 雅宏、小池 正記、大久保 雅隆
  • Organizer: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 青山学院大学相模原キャンパス