超伝導接合-単電子素子結合構造を用いた超高エネルギー分解能放射線検出器の開発研究

近年の微細加工技術の発展によって、ナノスケールの加工が可能になり、電子1個のチャージングエネルギーで制御を行う単電子デバイスの研究が行われている。本研究は、その単電子デバイスと超伝導接合放射線検出器を組み合わせ、超高エネルギー分解能をもつ放射線検出器の開発を目的としたものである。去年度までは、メゾスコピック系領域での、電子の粒子性と波動性の影響を考慮に入れた量子力学的取り扱いを定式化し、本研究に適した単電子トランジスタの設計検討をおこなった。本年度はそれに加え、実際のプロセスの摘要性や放射線検出器として使用した場合を考慮した設計検討を行い、実際に作成すべき素子の形状を決定した。その結果、放射線損傷の観点から構造として金属/絶縁体/金属(MIM)構造を持ったものを採用し、金属ドットの大きさを200nm×200nmと決定した。また、放射線受光部として100nm×100nmのNbとし、絶縁体厚さ2nm酸化アルミナのNb/Al2O3/Nb構造とした。これにより液体Heクライオスタットで比較的簡易に到達できる1.5K以下温度で、5kVのエネルギーを付与された場合、単電子トランジスタで2×10^<-7>Sのコンダクタンス変化を得ることが可能となり、これにより十分な精度でエネルギー測定をすることができると考えられる。本構造は目下本大学のベンチャーラボラトリの電子線描画装置を用いて作成中であり、完成次第結果を発表していく予定である。

近年の微細加工技術の発展によって、ナノスケールの加工が可能になり、電子1個のチャージングエネルギーで制御を行う単電子デバイスの研究が行われている。本研究は、その単電子デバイスと超伝導接合放射線検出器を組み合わせ、超高エネルギー分解能をもつ放射線検出器の開発を目的としたものである。去年度までは、メゾスコピック系領域での、電子の粒子性と波動性の影響を考慮に入れた量子力学的取り扱いを定式化し、本研究に適した単電子トランジスタの設計検討をおこなった。本年度はそれに加え、実際のプロセスの摘要性や放射線検出器として使用した場合を考慮した設計検討を行い、実際に作成すべき素子の形状を決定した。その結果、放射線損傷の観点から構造として金属/絶縁体/金属(MIM)構造を持ったものを採用し、金属ドットの大きさを200nm×200nmと決定した。また、放射線受光部として100nm×100nmのNbとし、絶縁体厚さ2nm酸化アルミナのNb/Al2O3/Nb構造とした。これにより液体Heクライオスタットで比較的簡易に到達できる1.5K以下温度で、5kVのエネルギーを付与された場合、単電子トランジスタで2×10^<-7>Sのコンダクタンス変化を得ることが可能となり、これにより十分な精度でエネルギー測定をすることができると考えられる。本構造は目下本大学のベンチャーラボラトリの電子線描画装置を用いて作成中であり、完成次第結果を発表していく予定である。