超伝導体テラヘルツ電磁波発振デバイスにおける自己発熱効果に関する研究

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本研究は高温超伝導体結晶構造中に内包されるジョセフソン接合のデバイス機能を用いた，テラヘルツ電磁波発振器の高出力化を目的としている。特に，高出力化の弊害となるジョセフソン接合における動作時の自己発熱効果の低減に主眼を置いている。前年度に発熱効果の低減化を数値解析的に調査した。今年度は実験的研究を行う予定であった。そのためにはまず，超伝導結晶をミクロンサイズに微細加工する必要がある。その微細加工技術において重要なフォトリソグラフィやアルゴンイオンミリング(プラズマエッチング)の最適化，設計および構築を行なった。フォトリゾグラフィは現像技術を用いて微細パターンの描画を行うものである。まず，光源を駆動する回路の作製を行なった。また実体顕微鏡及び3次元可動ステージを用いてマスクアライナを自作し，感光剤(レジスト)や現像液の質，量や反応時間を最適化し，超伝導体結晶に望まれる微細パターンを作製することに成功した。一方，超伝導結晶を微細に切削するプラズマエッチング装置についての，高真空度の達成や，アルゴンガスの導入機構の構築を行なった。また貸与した高周波電源においてプラズマの点火や切削可能であることを確認した。上記と並行して，数値解析による研究も遂行した。超伝導結晶の厚さを薄くすることで更なる，発熱の低減が可能なことを示した。さらに発熱だけでなく，実際に放射される電磁波の周波数や強度を超伝導結晶内部を等価回路に置き換えることによって評価した。研究分担者とともに超伝導単結晶の作製を行い，原材料の融点を低下させるフラックス剤を通常より過剰に添加し焼結することによって，結晶性の高い単結晶を得ることに成功した。