X線マイクロカロリメータ用高感度温度計の開発

X射线微量热仪用高灵敏度温度计的研制

• 批准号: 10740135
• 负责人: 藤本 龍一
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Institute of Space and Astronautical Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-10740135/
• 关键词: X線マイクロカロリメータ; トランジションエッジセンサ(TES); 超伝導薄膜; 臨界温度; モリブデン薄膜; チタン薄膜

バルクの臨界温度が0.92Kであるモリブデン薄膜を用いたX線マイクロカロリメータ用温度計(TES;Transition Edge Sensor)の試作を行ない、その性質を調べた。試作したTESはシリコンウェハにモリブデンと金をスパッタしたもので、モリブデンは10-50nm、金は0-400nmの範囲で厚みを変化させ、超伝導臨界温度への影響を調べた。その結果、相対的に金の厚みを増やすことにより、近接効果で薄膜の臨界温度が下がることが確認できた。ただし、製作時期によって厚みと臨界温度の関係が異なっていたことから、膜厚以外の要素も臨界温度に大きく影響していることがわかった。そこで、スパッタ時のアルゴンガスの圧力を0.1-0.3Pa(0.5-2mTorr)の範囲で変化させたところ、圧力が低くなるにつれて臨界温度が上昇することがわかった。これはアルゴンが少なくなるにつれて膜が緻密になることを示している。膜厚以外に重要と考えられるもう一つの要素は不純物である。本研究で使用したスパッタ装置はスパッタ速度が0.1nm/sとかなり遅く、また他の研究と併用しているため、不純物が多く取り込まれることになったと考えられる。したがって良質な膜を得るためには、蒸着速度を速めるほか、不純物そのものを減らしたり基板加熱によって水蒸気を取り除く等の工夫が必要である。並行して、昨年度に引き続きチタン-金薄膜を用いたTESの製作も行なった。こちらは蒸着時の不純物を取り除く工夫をしたところ、チタン100nm、金100nmで臨界温度0.19Kという理想的な性質を持つTESを製作することに成功した。本研究によって、0.1K程度で動作するTESの製作にめどがたったことから、今後はX線マイクロカロリメータへ応用し、高いエネルギー分解能を有するX線分光器の開発を行なっていく予定である。

The critical temperature of the film is 0.92 K. The properties of the film are adjusted by the Transition Edge Sensor (TES). Try to adjust the influence of the critical temperature of superconductivity by changing the thickness of TES in the range of 10-50nm and 0-400nm. As a result, the thickness of the film increases, and the critical temperature of the film decreases. The relationship between critical temperature and factors other than film thickness is different. When the pressure is 0.1- 0.3 Pa (0.5-2mTorr), the range of the pressure is changed. When the pressure is low, the critical temperature is increased. This is the first time I've seen a film that's been made dense. The film thickness is important to consider. In this study, we used a device with a speed of 0.1 nm/s to study the use of impurities. To obtain a good quality film, the steaming speed can be increased, impurities can be reduced, and the substrate can be heated to remove the steam. In parallel, the production of TES for gold thin films was carried out in the past year. The time required for the preparation of impurities during evaporation is 100nm, and the critical temperature of gold is 0.19 K. The ideal properties of impurities are successfully prepared. In this study, the production of TES at the level of 0.1K was studied. In the future, the development of X-ray spectrometers was determined by the use of high-resolution energy.

项目成果

H.Kudo,S.Shoji,R.Fujimoto,K.Mitsuda 他: "Development of the high energy resdution X-ray Micro-bolometer for detecting Cosmic Rays" The 2nd.Int.Symp.on Electrochemical Microsystem Technology. 122-123 (1998)

H.Kudo、S.Shoji、R.Fujimoto、K.Mitsuda 等人：“用于检测宇宙射线的高能量还原 X 射线微测辐射​​热计的开发”第二届电化学微系统技术国际研讨会 122。 -123 (1998)