| 研究課題/領域番号 |
25390142
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| 研究機関 | 独立行政法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
志岐 成友 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測フロンティア研究部門, 主任研究員 (50342796)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 超伝導検出器 / Ｘ線分光 / 蛍光エックス線分析 / Ｘ線吸収分光 / 微細加工 / 超伝導トンネル接合 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、微細加工されたSi単結晶を吸収体とする超伝導トンネル接合(STJ)検出器を開発し、高感度かつ高分解能のＸ線分光検出を実現することにより、Ｘ線吸収分光法に革新をもたらすことを目的としている。この目的の実現のため、STJ検出器を形成したSi基板に微細加工を施す技術の研究、およびSi基板に施す加工がSTJ検出器に与える影響の評価を行っている。平成25年度の研究により二つの課題 (1) Si基板に加工を行う際に線幅が設計値20ミクロンに対して35ミクロン程度になること(2) 入射方位により波高スペクトルの形状が異なること、が明らかになった。平成26年度はそれらを解決するための取り組み、検出器の試作、試作した検出器の評価を行った。フォトレジストよりエッチング耐性が高い材料としてメタルマスクを利用したところ、線幅の設計値からのずれは従来の1/4以下となった。今年度作製した検出器では、昨年度作成したものに比べて応答が半分程度であり、読出しノイズおよびエネルギー分解能は昨年度製作したものより悪かった。応答が小さい原因を探るため赤外線顕微鏡を用いて透過像観察を行ったところ、吸収体とSTJ検出器の位置が最大で50ミクロンずれていることが明らかになった。この値は吸収体サイズの半分に相当するため、波高を低下させる原因の一つと考えられる。また光源と検出器の間に直線導入機およびスリットを導入し波高スペクトルの入射位置依存性を測定可能とした。入射位置依存性は、高エネルギー加速器研究機構放射光施設BL-11Bに於いて実施した。吸収体の中心にＸ線が入射した際には波高が高く、周囲では波高値が低いこと、特定の照射部位では異常に波高が高い成分があることがわかった。異常に波高が高い成分が生じる原因は不明だが、吸収体と検出器の位置がずれていることと関係あるかもしれない。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成25年度の研究により、シリコン吸収体を形成するために基板に刻む線幅の広がりが、バックグラウンドを上昇させていることがわかった。平成26年度はメタルマスクを導入し線幅の広がりを防ぐことができた。これはバックグラウンド成分の低減につながる重要な結果である。また赤外線透過像の観察により吸収体の位置がSTJ検出器の位置からずれていることがわかった。これのずれを解消できれば感度や分解能が改善する可能性がある。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の計画では最終年度はSOI基板を用いて吸収体を薄くすることにより、高い分解能を狙うこととしていた。しかし平成26年度の研究により、STJ検出器の位置と、吸収体の位置の間にずれがあることが明らかになった。このようなずれがある状態でSOI基板を用いて複雑な工程に挑戦すると、位置精度はさらに悪化することが懸念される。そこで平成27年度は加工精度を向上させることを主な目標として、二つの方向からアプローチする。一つは加工方法の変更である。従来は、はじめにSTJ検出器の側のアライメントマークを基準にマスクパターンを形成して貫通ビアを開け、次にビアの位置を基準にして裏面よりSi基板を加工している。この2ステップの加工を改め、両面アライナを用いて一度のリソグラフィー・深堀加工で加工を終了させる。もう一つは加工精度に応じた素子形状の変更で、50ミクロンのずれがあることを前提とした吸収体・STJ検出器の配置とする。これらの組み合わせにより最適な加工方法を明らかにすることを目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究費を効率的に使用したために残額が発生した。
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| 次年度使用額の使用計画 |
研究計画遂行のための消耗品費として使用する。
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