超伝導トンネル接合素子を用いた高エネルギー分解能極端紫外線検出器の開発

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11740276
• 研究機関: 理化学研究所
• 研究代表者: 滝澤 慶之 理化学研究所, 情報基盤研究部イ"ージ情報技術開発室, 基礎科学特別研究員 (70312246)
• キーワード: 超伝導トンネル接合素子 / 検出器 / 極端紫外線

研究概要

平成11年度は素子の設計・試作と極端紫外線による評価装置の開発を行った。
理化学研究所内の超伝導接合素子(STJ)作製専用プロセスラインを用いて極端紫外線に用いることのできるSTJの試作を行った。まず、Si基板およびサファイヤ基板の上にAl_2O_3をスパッタ法で成膜し、その上にNb/Al/AlOx/Al/Nbといった膜をスパッタ法で積層してSTJ素子を作製した。特に、STJの側面を酸素プラズマで酸化する方法を新たに開発することによって、トンネル障壁における漏れ電流を劇的に減少させることができた。これらの素子をHe3クライオスタットを用いて0.35Kまで冷却し、電流-電圧特性を測定してトンネル障壁の評価を行った。その結果、バイアス電圧0.2mVにおける漏れ電流が、0.5nA(20×20μm^2素子)、1.2nA(100×100μm^2素子)という極めて小さい値を実現できていることが確認された。また、トンネル障壁のクオリティに高い感度を有するX線特性評価を行い、これらの素子がSTJ素子を用いたX線検出素子としては、現状での世界最高レベルに匹敵する性能を有していることを確認した。
理化学研究所内に極端紫外線用STJの評価装置の構築を行った。極端紫外線ビームのアライメントの段階まで完了している。平成12年度初頭には、ファーストライトをSTJに照射出来る予定である。この装置の完成により、今後の開発の基礎を確立できた。来年度は、文部省高エネルギー加速器研究機構のフォトンファクトリーと構築した評価装置を用いて極端紫外線に最適化した素子の開発を行う予定である。

研究成果

• [文献書誌] W.Ootani,T.Ikeda,K.Kawai,H.Miyasaka,T.Oku,C.Otani,H.Sato,H.M.Shimizu,Y.Takizawa,H.Watanabe他4名: "Development of X-ray Detectors Based on Nb/Al/AlOx/Al/Nb Superconducting Tunnel Junctions"Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section A. (出版中). (2000)
• [文献書誌] T.Oku,T.Ikeda,H.Kato,K.Kawai,H.Miyasaka,W.Ootani,C.Otani,H.Sato,H.M.Shimizu,Y.Takiazwa,H.Watanabe他4名: "High Resolution X-ray Detectors Based on Superconducting Tunnel Junctions with SQUID Readout"Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section A. (出版中). (2000)
• [文献書誌] H.Sato,T.Ikeda,H.Kato,K.Kawai,H.Miyasaka,T.Oku,W.Ootani,C.Otani,H.M.Shimizu,Y.Takizawa,H.Watanabe他4名: "Development of Superconducting Tunnel Junctions with Al Trapping Layers for X-ray Detectors"Proceedings of 4th European Conference on Applied Superconductivity. (出版中). (2000)
• [文献書誌] T.Ikeda,H.Kato,K.Kawai,H.Miyasaka,T.Oku,W.Ootani,C.Otani,H.Sato,H.M.Shimizu,Y.Takizawa,H.Watanabe他4名: "A Compact High-Resolution X-ray Detector System Using STJ and a SQUID Amplifier"Proceedings of 4th European Conference on Applied Superconductivity. (出版中). (2000)
• [文献書誌] C.Otani,T.Ikeda,H.Kato,K.Kawai,H.Miyasaka,T.Oku,W.Ootani,H.Sato,H.M.Shimizu,Y.Takizawa,H.Watanabe他4名: "Properties of Substrate Phonon Events in Superconducting Tunnel Junctions Induced by X-ray Absorption"Japanese Journal of Applied Physics. (出版中). (2000)