2016 Fiscal Year Annual Research Report
１．９THｚ帯天文ヘテロダイン分光観測の為の導波管型超伝導HEBミクサ素子の開発
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26287033
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
前澤 裕之 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (00377780)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | テラヘルツ / 天文学 / 地球・惑星科学 / ヘテロダイン分光 / 宇宙物理学 / 超伝導検出素子 / リモートセンシング / デバイスプロセス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
テラヘルツ(THz)帯は電波と赤外の波長の狭間にあり、ヘテロダイン検出素子の開発が立ち遅れてきた為、未開拓の波長領域となっている。我々は、酸素原子(OI)や星間ガスの冷却に重要な炭素イオン(CII)、地球や惑星大気の酸化反応を司るOHラジカルなど、重要なスペクトル線がひしめく1.8-2 THz帯をターゲットとし、超伝導NbTiN細線を集積したホーン/導波路型1.9THz帯ホットエレクトロンボロメータ(HEB)ミクサ素子の開発を推進している。ホーンアンテナは従来の準光学型と比べて、ビーム特性が優れており、より高信頼の観測を可能にする。ただし、素子チップやミクサマウントの微細加工が難しくなり、その克服が鍵を握る。
本年はまず、設計した素子を、水晶基板に集積・製作した。この素子は、厚み18μmまで研磨した後、ダイシング装置を用いて幅36μmに細断した。これにより、ミクサマウントの導波路へのチップの実装が実現した。このチップ化に伴うストレスが加わっても、素子は設計通り、良好な超伝導細線特有の非線形IV特性を保持することを確認できた。今後は、研磨の厚みの制御とダイシング時の歩留り向上が課題となった。
また、1.9THz帯HEBミクサ素子の搭載を見据え、国際宇宙ステーションで稼働した超伝導サブミリ波リム放射サウンダ(SMILES: Superconducting Submillimeter-Wave Limb-Emission Sounder)の後継ミッション、SMILES2が立ち上がり、地球・惑星大気観測の可能性について検討を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本実験では、HEBミクサ素子を、ミクサマウントのホーンアンテナ/導波路に実装できるようにするため、SiO2基板上に集積した素子をチップの厚み約18-20μmまで研磨した後、ブレードダイサーで短冊状にチップ化する。チップの厚みの研磨を±1-2μmで制御することが難しく、また、この非常に薄いチップを歩留りを維持してダイシングする手法の確立に時間を要している。これには、ダイサーの故障に伴う新機種のダイサーの導入と、これに伴う条件だしのリセットなども大きく影響している。またミクサーマウントの加工誤差を修復し、これを高精度に組み上げていく手法の検討に時間を要した。
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| Strategy for Future Research Activity |
ガラス基板上に、18-20μmの厚さまで研磨した水晶ウエハが接着剤で貼り付けられている。このウエハには200μmの間隔で、超伝導HEBミクサ素子が並んでいる。ブレードダイサーを用いて、この素子に沿って36μmの幅で素子を短冊上に切り出して抽出していく。その際に、ダイシング時に飛散したりクラックが入るチップの方が多く、歩留りが低いのが現状である。今後、原因と考えられる、ガラス基板とSiO2基板の間の接着材の不均一性を打開するとともに、ガラス基板を高度の低いシリコン基板に変更する可能性を検討している。また、キーエンスのVK-Xレーザー顕微鏡を用いて、薄いSiO2基板の表面と裏目からの反射の位相差を用いて厚みをモニターできることを検証できたため、これを素子研磨中に導入して、厚みを高精度にチェックしながら研磨をする計画である。
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| Causes of Carryover |
本実験では、HEBミクサ素子を、ミクサマウントのホーンアンテナ/導波路に実装できるようにするため、SiO2基板上に集積した素子をチップの厚み約18-20μmまで研磨した後、ブレードダイサーで短冊状にチップ化する。チップの厚みの研磨を±1-2μmで制御することが難しく、また、この非常に薄いチップを歩留りを維持してダイシングする手法の確立に時間を要している。これには、ダイサーの故障に伴う新機種のダイサーの導入と、これに伴う条件だしのリセットなども大きく影響した。このため2017年度も期間を延長して、これらの問題を克服し、素子特性の性能評価を実施していく計画である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
現在、ダイシング時に飛散したりクラックが入るチップの方が多く、歩留りが低いのが現状である。今後、原因と考えられる、ガラス基板とSiO2基板の間の接着材の不均一性を打開するとともに、ガラス基板を高度の低いシリコン基板に変更する可能性を検討している。また、キーエンスのVK-Xレーザー顕微鏡を用いて、薄いSiO2基板の表面と裏目からの反射の位相差を用いて厚みをモニターできることを検証できたため、これを素子研磨中に導入して、厚みを高精度にチェックしながら研磨をする計画である。2017年度に繰り越した予算は、これらの実験のための出張経費や、基盤材料、有機溶剤、学会参加費、最終的な成果報告論文などに使用する計画である。
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