極低温X線検出器のエネルギー分解能向上のための基礎研究

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今年度は昨年度に引き続き、Nb/Al/A10x/Al/Nbという構成の超伝導トンネル接合素子(以下STJ)の作製を行ったが、分解能悪化の原因の一つである漏れ電流の抑制を念頭に置いて作製過程に以下のような工夫を施した。1,アルミ層の加工の前に、その上に薄いSiO_2を成膜しておき、フォトレジスト現像時に強アルカリ性の現像液によってアルミ層が腐食されることを防ぐ。2,アルミ層を加工した際に生じる可能性のあるSTJ端面のダメージによってトンネル障壁の上下のアルミ層がショートすることを防ぐため、アルミ層の端面を酸素プラズマ中で酸化して絶縁膜に変換する。これらの効果を、STJの漏れ電流の測定及びX線スペクトルの測定を通して調べた。特に工夫2の効果を、STJ端面を酸素雰囲気中で酸化して作製したSTJと比較することで評価した。その結果、温度0.35K、電圧0.2mVで測定した漏れ電流を温度4.2Kで測定したそれで規格化した値が、工夫2を通して作製したSTJの方が約一桁減少していることを確認し、酸素プラズマ中での端面の酸化は、漏れ電流の抑制に非常に効果的であることがわかった。次にこの漏れ電流の少ないSTJを用いて、エネルギー5.9keVのX線スペクトルの測定を行った。5.9keVに対するエネルギー分解能は、サイズが100μ□のSTJでは、酸素雰囲気中で酸化したSTJの200〜249eVに対して、酸素プラズマ中で酸化したSTJでは58eVが得られた(いずれも値はFWHM)。また、その他のサイズのSTJについても、分解能の向上が見られた。以上のことから、酸素プラズマ中でのSTJ端面の酸化は、STJの漏れ電流を抑制し、STJのX線検出器としての性能の向上に有効に作用するということがわかった。