超伝導トンネル接合素子を用いた極端紫外線2次元アレイ分光検出器の開発

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12554017
• 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, イメージ情報技術開発室, 基礎科学特別研究員 (70312246)
• 研究分担者: 佐藤 広海 理化学研究所, 研究基盤ツール開発推進グループ, 研究協力員(研究職) (20300874) ; 大谷 知行 理化学研究所, 研究基盤ツール開発推進グループ, 研究協力員(研究職) (50281663) ; 清水 裕彦 理化学研究所, イメージ情報技術開発室, 室長(研究職) (50249900) ; 池田 時浩 理化学研究所, 原子物理学研究室, 研究員 (80301745) ; 奥 隆之 理化学研究所, イメージ情報技術開発室, 基礎科学特別研究員 (10301748)
• 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12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。また、Alの膜厚を増加させることで、出力信号の増幅が行えるようになった。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、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い、低真空度の極端紫外線評価装置と高真空度のHe3クライオスタットとの接続方を確立した。この装置の完成により、今後の開発の基礎を確立できた。これと平行して、高エネルギー加速器研究機構のフォトンファクトリーで照射実験を行い、STJ単素子で極端紫外線(55eV)の検出に成功した。2次元アレイ素子用のフォトマスクの設計・製作は完了しており、2次元アレイ素子の試作を行っている。

研究成果

• [文献書誌] Y.Takizawa,T.Ikeda,T.Oku,C.Otani,K.Kawai,H.Sato,H.M.Shimizu,H.Miyasaka,H.Watanabe,W.Ootani 他4名: "Development of Superconducting Tunnel Junctions for ultra soft X-ray Detectors"IEEE Transactions on Applied Superconductivity. (印刷中). (2001)
• [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: "Spectral Features of Substrate Phonon Events Obtained by Illuminating Superconducting Tunnel Junctions with X-rays"IEEE Transactions on Applied Superconductivity. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] W.Ootani,T.Ikeda,H.Kato,K.Kawai,H.Miyasaka,T.Oku,C.Otani,H.Sato,H.M.Shimizu,Y.Takizawa,H.Watanabe 他4名: "Development of Superconducting Tunnel Junctions with Al Trapping Layers for X-ray Detectors"Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section A. (444巻). 248-251 (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 X-ray Detectors Based on Nb/Al/AlOx/Al/Nb Superconducting Tunnel Junctions"Proceedings of 4th European Conference on Applied Superconductivity. 167巻. 683-686 (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.Takizawa,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. 444巻. 136-139 (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. 39巻・4B号. 1710-1718 (2000)