2017 Fiscal Year Annual Research Report
革新的な超伝導分子検出技術の開拓と宇宙における分子進化の精密評価への展開
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15H03599
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
浮辺 雅宏 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (00344226)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
笹 公和 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (20312796)
冨田 成夫 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (30375406)
藤井 剛 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (30709598)
志岐 成友 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (50342796)
大久保 雅隆 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究部門付 (60356623)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 超伝導トンネル接合素子 / 超伝導転移温度 / 窒化ニオブ / 原子層堆積法 / 運動エネルギー測定 / X線検出 / 原子イオン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
他研究機関より発表された、これまでNbN成膜に使用したALD装置で13Kを超える超伝導転移温度が得られる成膜条件を参考にNbN/AlN/NbN：100/1.7/100 nm 多層膜を成膜し、前年度までに確立した作製プロセスによりNbN/AlN/NbN STJ素子の作製に成功した。しかし、動作温度での電流電圧特性及びX線などの検出特性は、評価に使用するクライオスタットの不調のため完遂できなかった。また、NbN-STJの作製と並行して、NbN/AlN/NbN多層膜の結晶性を評価したところ、上下部のNbN層の結晶性が大きく異なることが判明、上部NbN層の結晶性が下部NbN層に比べ劣化していることが示唆された。さらに、スパッタ時の窒素流量を最適化することによりSi（100）ウェハー上に、良好なab軸配向のAlN膜を得る事に成功した、同AlN層をバッファー層とすることで、スパッタによりSiウェハー上に高い結晶性を持ったNbN/AlN/NbN多層膜形成が可能となる。
筑波大学にあるスパッタ重イオン源(http://web2.tac.tsukuba.ac.jp/uttac/node/41)のビームラインで、STJ素子にイオン照射を行ったが、信号増幅回路系へのイオンビームラインからのノイズにより、本年度、イオンの運動エネルギー評価を実施する事が出来なかった。
しかし、産総研の評価用クライオスタットの修理及び筑波大学ビームラインでの信号増幅回路系のノイズ対策が共に完了したので、H30年度中には、産総研でのNbN-STJの基礎特性評価及び筑波大学での運動エネルギー測定を再開できる見通しとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
良好な50 nm以下の膜厚で13Kを超える超伝導転移温度が得られている条件を用いてALD法によりNbN/AlN/NbN：100/1.7/100 nm多層膜を成膜し、更に同多層膜を用いてNbN-STJの作製に成功したことで、最終目的である16K 以上の超伝導転移温度及び良好な特性のNbN系STJの実現に希望を持つことができた。更に、筑波大学にあるスパッタ重イオン源でSTJ素子へのイオン照射が出来たことで、NbN- STJの作製及び特性評価環境の整備はおおむね順調に進展していると考えているが、産総研と筑波大学の双方で使用するクライオスタットや信号処理系のトラブルのためX線及びイオンに対する検出特性評価が出来ず、残念であった。しかし現在は、クライオスタットの修理及びノイズ対策も完了したのでH30年度中に、原子イオンの運動エネルギー測定を開始できると考えている。
またコート材の評価は終了していないため、若干の遅れは有るものの、それらの実施と並行してNbN系 STJ素子の作製プロセス最適化は行えるため、本研究課題はH30年度中にその遅れを取り返すことが可能であると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、世界最高の13Kを超える超伝導転移温度を実現する成膜条件でALD装置により成膜したNbN/AlN/NbN：100/1.7/100 nm多層膜の結晶性の詳細な評価と並行して、同多層膜を使って作製したNbN-STJ素子の電流電圧特性、X線検出特性を産総研にて評価する。また雑音対策を完了した筑波大学のスパッタ重イオン源(http://web2.tac.tsukuba.ac.jp/uttac/node/41)にて、3～50 keV の範囲の運動エネルギーを持つC, Au 等の原子イオンを、上記NbN-STJ素子及びCRAVITYにて作製したその表面にコート材を成膜したNb/Al STJ 素子に照射、原子イオンの運動エネルギー測定を行い、NbN-STJ素子のイオン検出特性評価及びエネルギー分解能とコート材の関係の解析を開始する。更に、前年度開発したSiウェハー上のAlNバッファー層上へのNbN/AlN/NbNエピタキシャル成長の条件探索も行う。高性能NbN薄膜、NbN多層膜作製プロセスやNbN-STJまたはNb/Al STJの運動エネルギー検出特性などについて、得られた結果を取り纏め学会発表を行う。
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