2012 Fiscal Year Annual Research Report
超伝導光子検出器の多画素化のための広帯域・広ダイナミックレンジ読出回路
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23360182
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
神代 暁 独立行政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, 研究グループ長 (60356962)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平山 文紀 独立行政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 (10357866)
福田 大治 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 主任研究員 (90312991)
山森 弘毅 独立行政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 (00358293)
日高 睦夫 公益財団法人国際超電導産業技術研究センター(超電導工学研究所), デバイス研究開発部・低温デバイス開発室, 室長 (20500672)
佐藤 泰 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 主任研究員 (90357153)
山田 隆宏 独立行政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, 研究員 (00377871)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 超伝導デバイス / マイクロ波デバイス / センシングデバイス / 放射線検出器 |
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| Research Abstract |
超伝導転移端検出器(TES)16画素からの読出信号の4-8 GHz帯における周波数多重化回路の研究を行っている。今年度は、昨年度世界で初めて4-8 GHz帯全域にわたり、+/-0.02%の周波数精度で実現した超伝導コプレーナ線路共振器の終端に、TES出力の低雑音読出用SQUIDを集積化したチップの設計・作製・絶対温度4 Kでの評価を行った。読出効率がSQUIDインダクタンスに強く依存すること、および本研究のSQUIDは、生体磁界計測用SQUIDに比べ１桁小さなインダクタンス(< 10 pH)を持つため、米国の先行研究で用いられた平面ループ型ではなく、マイクロストリップ線路ベースの鉛直ループ型SQUIDの採用により、小インダクタンス値の高精度な実現に成功した。読出用マイクロ波信号のSQUID入力回路への漏洩防止用ローパスフィルタのチップ上への集積化により、SQUIDの入力電流に対する共振周波数は、理論通りの周期的応答を示した。しかし、実験的に得られた読出効率は設計値の約1/4と低く、そのため、読出効率と読出回路出力のベースラインのゆらぎから計算した入力換算雑音電流は200-270 pA/√Hzと、従来型TES読出用SQUIDの典型値に比べ5-10倍悪かった。今後、共振器表面の薄膜誘電体除去による共振Q値の向上を目指す。また、三画素のSQUID入力に、1 ms.の時間幅の疑似パルスを1 ms.の時間差を付けて各々加え、出力信号の周波数軸上での多重読出実証に成功した。
TESと読出回路との協調動作実験の準備に関し、手持ちの断熱消磁型冷凍機クライオスタットへの装荷用要素部品（チップモジュール、極低温増幅器、マイクロ波信号線、コネクタ）の設計と発注を完了した。また協調動作実験に用いるTESの特性と動作パラメータを調べ、来年度以降、TES-SQUID間の結合設計に活かす。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
共振Q値が理論に比べ低い原因の究明及び、読出用マイクロ波信号のSQUID入力回路への漏洩防止用ローパスフィルタの設計と効果の確認に、予想外の時間がかかった。このため、年度初めの計画で挙げた「相補型SQUID」の基本動作実証とダイナミックレンジ拡大の指針の明確化に至らなかったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
４課題を重点的に行う。(1) 共振Q値の向上とSQUID入力換算雑音の低減、 (2) 今年度未実行に終わった「相補型SQUID」の基本動作実証とダイナミックレンジ拡大指針の明確化、 (3) TESの動作温度である0.1 Kでの共振特性評価、 (4) TESとの協調動作実証。特に(1)に関しては、誘電体絶縁膜の有無による対象実験を行うとともに、共振器の電極材料の再検討を行う。
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