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プラズマ酸化障壁を用いたTHz帯電磁波検出用窒化物超伝導接合の開発

公募研究

研究領域ニュートリノフロンティアの融合と進化
研究課題/領域番号 16H00866
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関大同大学 (2017)
名古屋大学 (2016)

研究代表者

赤池 宏之  大同大学, 工学部, 教授 (20273287)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2017年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2016年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
キーワード電子デバイス・機器 / 超伝導材料・素子 / 窒化物超伝導体 / 超伝導トンネル接合 / ハフニウム酸化物障壁
研究実績の概要

本研究では、窒化物超伝導体トンネル接合の障壁層として窒化物との反応性が低いことが予想されるHfに着目、Hf酸化膜を用いた電磁波検出器用窒化物超伝導トンネル接合の開発を目的としている。29年度は、前年度に得られたHf成膜条件の知見から、早い速度で成膜したHf膜の熱酸化HfOxトンネル障壁層を用い、検出器応用上重要となる接合の準粒子トンネル特性の改善、特にギャップ電圧近傍におけるサブギャップリーク電流の低減を目指した。まず、接合下部NbTiN電極の結晶性及び表面粗さの影響を調べるため、Si基板からMgO単結晶基板上に変更して接合を作製した。下部電極層の結晶性・表面粗さの効果は、以前実施した科研費研究のNbNトンネル接合の開発時の知見によるものである。この基板変更により、下部NbTiN層は、(111)(200)配向膜から(200)配向エピタキシャル膜へとかわるとともに表面平坦性が大幅に改善し、自乗平均荒さが0.2nmとなるものが得られたものの、接合特性に大きな違いが生じないことが明らかとなった。また、HfOx膜の他にこれまでに十分実績のあるAl窒化 (AlNx)膜をトンネル障壁層に用いても、同様な結果であることがわかった。これらの結果から、ギャップ電圧近傍のサブギャップリーク電流の増大は、トンネル障壁層に起因するものではなく、超伝導電極内の超伝導特性に起因するものと考えられた。以上の結果を踏まえ、MgO基板上に成膜したエピタキシャルNbN薄膜を用いて、HfOxトンネル障壁層接合を作製し、特性評価を行った。その結果、接合品質パラメータが21以上であり、ギャップ電圧近傍までサブギャップリーク電流の非常に少ない接合の作製に成功した。また、この特性はAlNxトンネル障壁を用いた接合とほぼ同等であり、トンネル障壁層として比較的良好なものをHfOxで実現できることを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2018 2016 その他

すべて 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件)

  • [学会発表] HfOx障壁を持つNbTiN接合の特性改善に向けた検討2018

    • 著者名/発表者名
      赤池 宏之、榊原 啓人、宗本 健太郎、藤巻 朗
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Fabrication of Nitride-based superconducting tunnel junctions with HfOx barriers for THz detector applications2018

    • 著者名/発表者名
      H. Akaike、K. Munemoto、Y. Sakakibara, A. Fujimaki
    • 学会等名
      Unification and Development of the Neutrino Science Frontier
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] HfOx障壁層形成法がNbTiN接合特性に与える効果2016

    • 著者名/発表者名
      宗本健太郎, 榊原啓人, 田中雅光, 赤池宏之, 藤巻朗
    • 学会等名
      2016年第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Inductance evaluation of NbTiN wires for superconducting circuits2016

    • 著者名/発表者名
      H. Akaike, S. Sakamoto, K. Munemoto, A. Fujimaki
    • 学会等名
      2016 Applied. Superconductivity Conference (ASC 2016)
    • 発表場所
      Denver, CO (USA)
    • 年月日
      2016-09-04
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 名古屋大学大学院工学研究科電子工学専攻藤巻研究室

    • URL

      http://www.super.nuee.nagoya-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-04-26   更新日: 2018-12-17  

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