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ハフニウム多層障壁層窒化物超伝導体トンネル接合検出器の開発

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 26105511
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
研究機関名古屋大学

研究代表者

赤池 宏之  名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20273287)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2015年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2014年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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
研究実績の概要

本研究では、窒化物超伝導トンネル接合のトンネル障壁層として、窒化物との反応性が低いことが予想されるハフニウム(Hf)に着目、それを用いた窒化物超伝導トンネル接合検出器の開発を行うことを目的としている。平成27年度は、前年度に確立した接合作製プロセスに基づき、窒化ニオブチタン(NbTiN)超伝導体を用いたNbTiN/Hf-HfOx/NbTiN接合を作製した。この接合では、下部電極上にHfを堆積、その表面の熱酸化によりHfOx障壁層が形成された。また、比較検討のためにプラズマ窒化AlNx障壁を用いた接合の作製も行った。
両接合の比較では、Hf及びAl常伝導層膜厚が3nmのとき、Hfの方が、検出器応用上重要なサブギャップリーク電流の小さな特性を示すことがわかった。一方、2nmでは、下層の凹凸に対してほぼ均一に膜が堆積されるAlの方が良い結果となった。Hfの場合は、下層の凹凸を平坦化するように膜が堆積されるため、膜厚が薄い部分ができ、リーク電流を増加させたものと考えられた。このことから、Hf層の膜厚に下限値があることが分かった。一方、膜厚を6nmに厚くした際にもAlの方が良かった。これは、用いたHfが高抵抗率であるため、接合特性に強い常伝導層の効果が表れたことによる。この高抵抗率の影響は、比較のために作製したNbTiN/Hf/Al-AlNx/NbTiN接合においても確認された。接合特性のHf膜厚依存性から、Hfの常伝導コヒーレンス長は13nm程度と見積もられ、高抵抗率を反映した小さな値となった。従って、接合特性の改善には、Hfの低抵抗率化が重要であることが分かった。また、HfOx障壁層形成法の新たな試みとして、熱酸化にかわりラジカル酸化法を用いた接合を作製したところ、サブギャップリーク電流の小さな接合特性を得ることに成功し、今後につながる成果を得た。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2016 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Fabrication of NbTiN/Al-AlNx/NbTiN Josephson Junctions for Single-Flux-Quantum Circuits Operating around 10 K2016

    • 著者名/発表者名
      H. Akaike, S. Sakamoto, K. Munemoto, A. Fujimaki
    • 雑誌名

      IEEE Trans. On Appl. Supercond.

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fabrication of NbTiN Tunnel Junctions Using Hf Overlayers2015

    • 著者名/発表者名
      K. Munemoto, S. Sakamoto, H. Akaike, A. Fujimaki
    • 雑誌名

      IEEE Proceedings of 2015 15th International Superconductive Electronics Conference (ISEC)

      巻: - ページ: 1-3

    • DOI

      10.1109/isec.2015.7383458

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] HfOxを障壁層としたNbTiNトンネル接合の作製と評価2016

    • 著者名/発表者名
      宗本 健太郎, 山本 直輝, 赤池 宏之, 藤巻 朗
    • 学会等名
      2016年第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都目黒区)
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Hfオーバレイヤを用いたNbTiNトンネル接合の作製と評価2015

    • 著者名/発表者名
      宗本 健太郎, 山本 直輝, 赤池 宏之, 藤巻 朗
    • 学会等名
      2015年度秋季低温工学・超電導学会
    • 発表場所
      姫路商工会議所(兵庫県姫路市)
    • 年月日
      2015-12-02
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Fabrication of NbTiN Tunnel Junctions using Hf overlayers2015

    • 著者名/発表者名
      K. Munemoto, S. Sakamoto, H. Akaike, A. Fujimaki
    • 学会等名
      The 15th International Superconductive Electronics Conference (ISEC 2015)
    • 発表場所
      Nagoya Univerisity (名古屋市千種区)
    • 年月日
      2015-07-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of NbTiN/Al-AlNx/NbTiN Josephson Junctions for Single-Flux-Quantum Circuits Operating around 10 K2015

    • 著者名/発表者名
      H. Akaike, S. Sakamoto, K. Munemoto, A. Fujimaki
    • 学会等名
      The 15th International Superconductive Electronics Conference (ISEC 2015)
    • 発表場所
      Nagoya Univerisity (名古屋市千種区)
    • 年月日
      2015-07-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 単一磁束量子回路の高温動作化に向けたNbTiN配線のシートインダクタンスの温度依存特性評価2015

    • 著者名/発表者名
      坂本隼也, 宗本健太郎, 赤池 宏之, 藤巻 朗
    • 学会等名
      2015年第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学(神奈川県平塚市)
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Fabrication of All NbTiN Josephson Tunnel Junctions for Single-Flux-Quantum Circuits2014

    • 著者名/発表者名
      S. Sakamoto, K. Munemoto, H. Akaike, A. Fujimaki
    • 学会等名
      7th Superconducting SFQ VLSI Workshop (SSV 2014)
    • 発表場所
      情報通信研究機構(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2014-12-01 – 2014-12-02
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 単一磁束量子回路に向けたNbTiN薄膜の磁場侵入長の検討2014

    • 著者名/発表者名
      坂本隼也,宗本健太郎,赤池宏之,藤巻朗
    • 学会等名
      2014年第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] 名古屋大学大学院工学研究科量子工学専攻藤巻研究室ホームページ

    • URL

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

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] 名古屋大学大学院工学研究科量子工学専攻藤巻研究室ホームページ

    • URL

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

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-28  

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