マイクロマシーン技術を応用したX線・赤外線検出器の開発

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09440092
• Research Institution: Institute of Space and Astronautical Science
• Principal Investigator: 満田 和久 宇宙科学研究所, 宇宙圏研究系, 助教授 (80183961)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 廣瀬 和之 宇宙科学研究所, 衛星応用工学系, 助教授 (00280553) ; 藤本 龍一 宇宙科学研究所, 宇宙圏研究系, 助手 (20280555) ; 庄子 習一 早稲田大学, 理工学部, 教授 (00171017) ; 清水 裕彦 理化学研究所, 研究員 (50249900) ; 村上 浩 宇宙科学研究所, 宇宙圏研究系, 教授 (40135299)
• Keywords: 放射線検出器 / X線分光器 / カロリメータ / ボロメータ / 超伝導遷移センサー(TES) / 超伝導量子干渉素子(SQUID) / マイクロマシーニング / チタン薄膜

Research Abstract

1.半導体微細加工技術
昨年と同じ形状、すなわち厚さ約20ミクロン、大きさ約1mm平方のシリコンダイアフラムを太さ約50ミクロンの腕2本で支える構造のカロリメータを引き続き製作した。ただし、温度計の大きさや、温度計への電極の製作方式に改良を加えた。また、最大の改良として、2本の腕構造を掘り出すマイクロマシーンプロセスをWet方式から、Dry方式に変更した。これによって、エッチングプロセスによる温度計の劣化を小さくすることが可能になった。
2.超伝導薄膜温度計(TES)カロリメータ
昨年度より行っていた信号読み出しシステムの改良を行った。その結果読み出し系のノイズレベルとしては、十分小さい値が得られた。この読み出し系を用いて昨年度製作したカロリメータの動作実験を行った。この結果、3keVから22keVまでのX線光子を検出できることがわかった。エネルギー分解能は、残念ながら6keVのX線に対し600eVであり、目標値にくらべて20倍程度悪い。しかし、データを詳細に検討した結果、分解能が悪化の主要な3つの原因が明かとなった。すなわち、(1)動作点でのTESの抵抗値が大きすぎるために読み出し系のノイズが寄与している、(2)熱浴の温度変化がある、(3)X線吸収体となっているシリコンダイアフラムからTESへの熱伝達が遅いために、信号の立ち上がり速度に無視できないばらつきがある、の3点が原因である。以上の問題点に改良を加えるため、カロリメータ温度計の設計を見直し、それに基づいて新しいTESの試作を行った。現在、その評価をすすめている。また、新しいTESをのせたカロリメータの製作もすすめている。

Research Products

• [Publications] R. Fujimoto, K. Mitsuda,他: "Development of a superconducting X-ray microcalorimeter with a titanium/gold thin film as a thermometer"Nuclear Instruments ans Methods A. (印刷中). (2000)
• [Publications] K. Mitsuda, R. Fujimoto, S. Shoji 他: "Multi-pixel readout of transition edge sensors using a multi-input SQUID"Nuclear Instruments and Methods, A. 436. 252-255 (1999)
• [Publications] H. Kudo, S. Shoji, R. Fujimoto, K. Mitsuda, 他: "Fabrication of an X-ray Microcalorimeter for X-ray Spectroscopy"Proceeding of SPIE on Microelectronics and Micro-Electro-Mechanical Systems, Queensland, Australia. (印刷中). (2000)
• [Publications] 満田和久、藤本龍一、他: "チタン-金薄膜TES X線マイクロカロリメータの開発"応用物理学会 放射線誌. 24・1. (2000)