| 研究課題/領域番号 |
21K04170
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
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| 研究機関 | 北見工業大学 |
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研究代表者 |
柴田 浩行 北見工業大学, 工学部, 教授 (60393732)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | 単一光子検出器 / 二ホウ化マグネシウム / SSPD / SNSPD / SMSPD / SWSPD / ヘリウムイオン顕微鏡 / 超伝導単一光子検出器 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
超伝導ナノストリップを用いた単一光子検出器（SSPD）は様々な先進的技術の発展に不可欠な検出器であるが、動作温度は3K以下と低く、動作速度は100MHz程度に留まる。SSPDは通常、超伝導材料に窒化ニオブ（NbN）またはタングステンシリサイド（WSi）を用いる。我々は以前、二ホウ化マグネシウム（MgB2）を用いたSSPDを初めて実現した。MgB2-SSPDは11Kで動作可能で、動作速度はNbN-SSPDより10倍以上高速であるが、検出効率が大幅に低い。本研究では、膜質向上および微細化の進展によってMgB2-SSPDの高性能化を図る。
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| 研究実績の概要 |
窒化ニオブ（NbN)ナノストリップを用いた超伝導単一光子検出器（SNSPD、SSPD）は、高い性能を示すが、動作温度は3K以下と低く、動作温度は100MHz程度に留まる。Tc=39Kの二ホウ化マグネシウム（MgB2）を用いたMgB2-SNSPDは11Kで動作可能で、動作速度はNbN-SNSPDより10倍以上高速であることが知られているが検出効率が0.1%以下と大幅に低い。本研究では、ストリップの縁側と中心側で異なる臨界電流を有する新しいデバイス構造の100nm幅MgB2-SNSPDを開発し、高性能化することを目指している。
一方、最近、NbNストリップ全体にHeイオン顕微鏡でHeイオンを低ドーズ（5x10^15ions/cm^2）照射すると、検出効率が2桁程度大幅に向上することが報告された（Adv.Quantum Technol. 2300139(2023)）。さらに、ストリップの縁側と中心側で異なる臨界電流を有する線幅20microのNbNワイドストリップ光子検出器（SMSPD）が新たに報告された（Optica Quantum1,26(2023)）。これらの報告をMgB2に応用すると、当初計画していた高度なナノ微細加工を必要とする新構造の100nm幅MgB2-SNSPDを作製すること無しに高性能化が可能と考えられる。そこで、当初の予定を変更して、線幅1microのMgB2-SMSPDへのHeイオン照射、および、線幅20micro程度のMgB2-SWSPDを作製することによる高性能化を目指した。
現在、線幅1microのMgB2-SMSPDおよび線幅20microのMgB2-SWSPD作製が終了し、特性を評価中である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
作製するデバイス構造を当初の計画から変更したため、進捗が遅れている。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究を一年延長し、新たに作製したMgB2-SMSPDおよびMgB2-SWSPDの特性評価の結果をフィードバックして再度作製を進め、高性能化を実現する。
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