2021 Fiscal Year Research-status Report
二ホウ化マグネシウム超伝導単一光子検出器の高性能化
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21K04170
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
柴田 浩行 北見工業大学, 工学部, 教授 (60393732)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 単一光子検出器 / 二ホウ化マグネシウム / SNSPD / SSPD / ヘリウムイオン顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超伝導ナノ細線を用いた単一光子検出器（SNSPD、SSPD）は、通常、超伝導材料に窒化ニオブ（NbN）を用いており、動作温度は3K以下、動作速度は100MHz程度である。Tc=39Kを有する二ホウ化マグネシウム（MgB2）を用いたSNSPDは11Kでも動作可能で、動作速度は10倍以上高速だが、検出効率が0.1%以下と大幅に低い。本研究ではMgB2-SNSPDの検出効率向上を目的としている。
令和3年度は、Heイオン顕微鏡によるMgB2薄膜微細加工の条件検討、および、デバイス構造最適化のための電磁界解析シミュレーションを行った。MBE装置を用いてMgB2薄膜およびAlN保護膜を成長後、フォトリソグラフィーにより微細加工を行い、良好な電流電圧特性を示す10micro幅細線を得た。この細線に様々なドーズ量の集束Heイオンビームを照射することでMgB2薄膜微細加工条件を検討したが、現時点では再現性のある良好な条件が得られていない。原因を調査中であるが、現在はAlN保護膜の膜質や厚さの揺らぎによる可能性を考えており、再現性のあるAlN保護膜成長条件を検討中である。一方、He冷凍機故障による測定不可期間を利用して、有限差分時間領域（FDTD）法を用いた電磁界解析シミュレーションを開始し、NbNおよびMoNを用いた場合についてデバイスの吸収効率を最適化した。今後は、異方的な光学定数を有するMgB2についてSNSPD吸収効率を最適化する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
デバイス評価に不可欠なHe冷凍機が故障して2021/7に修理完了したが、2021/12に再度故障したため遅れが生じている。故障中は電磁界解析シミュレーションを進めたが、今後はHe冷凍機のコンプレッサー本体を交換後、早急に測定を進める。
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| Strategy for Future Research Activity |
コンプレッサー本体交換によるHe冷凍機修理完了後、測定およびHeイオン顕微鏡の条件出しを早急に進めて遅れを取り戻す。
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| Causes of Carryover |
He冷凍機故障のため、実験の進展が遅れたため。
He冷凍機のコンプレッサー交換費用に使用する。
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