半導体SOI回路と超伝導検出器STJの融合による革新的高感度検出器の開発

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16K13797
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 武内 勇司 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (00375403)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 極低温増幅器 / 超伝導トンネル接合素子 / STJ / SOI

研究成果の概要

超伝導体素子による検出器は半導体検出器の感度を遥かに超える可能性を持ちながらも極低温での動作が必要・出力信号が微弱という取り扱いの難しさのため，そのポテンシャルを活かしきることができず，また一般に普及しているとは言い難い．本研究は超伝導トンネル接合素子STJをFD-SOIによる半導体技術を用いた極低温での動作が可能な信号増幅器と融合させ，冷凍機内部の超伝導体素子の至近での微弱信号増幅による使い勝手の格段の向上・革新的な高感度の検出器の創成を目指し，可視～近赤外域単一光子に対するSTJ応答信号を十分な信号雑音比で読出し可能な極低温増幅器の実用化に目途をつけることができた．

自由記述の分野

素粒子物理学（実験）

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により，超伝導トンネル接合素子からの微弱信号を冷凍機内部で増幅し冷凍機外部へ伝送することが可能な極低温増幅器の実証に成功した．これにより超伝導体素子を用いた検出器の感度や超伝導体素子検出器の利便性の劇的向上が期待される．これまでの物理実験や測定において半導体による検出器を用いられた場面で，より高感度な超伝導体検出器の利用が促進されることが期待される．更に本課題で開発された極低温増幅器は既存の半導体素子を用いた回路設計知識・技術がほぼそのまま極低温で利用可能であることを示しており，産業面での応用の可能性も高いと考えられる．