テラヘルツ強度干渉計による画像合成のためのSIS光子計数型検出器の開発

使用太赫兹强度干涉仪开发用于图像合成的 SIS 光子计数型探测器

• 批准号: 22KJ0419
• 负责人: 丹羽 綾子
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0419/
• 关键词: 光子検出器; テラヘルツ天文学; 超伝導検出器; 極低温読み出し回路

1.5 THz光子検出器製作用のフォトマスクの設計と、検出器評価のための測定環境の構築を行った。フォトマスクの設計は昨年度にも行ったが、SISの三層構造（ベース）を接合部分以外残さないようエッチング領域の各辺を1μmずつ広く確保したところ、実際に検出器を製作するとベース外側の配線までエッチングされてしまい、SIS接合が電気的に孤立してしまうという問題が生じた。事前のエッチングレート測定では配線のアルミニウム薄膜は三層よりも4倍程度レートが遅く、三層エッチング後にも配線は残ると考えていたが、実際には配線が残らなかった。この原因としては想定よりもアルミニウムの膜厚が薄かったことやエッチング時の負荷電力がレート測定時よりも大きかったことが考えられるが、原因の特定には至っていない。上記を踏まえ、今年度は過去に他のグループによって成功例のあるフォトマスクデザインを採用し、まずは確実に検出器として動作する設計を目指した。一方実験室ではテラヘルツ強度干渉計の実験室実験に向けたクライオスタットの組み上げが進行中であり、現在製作中である1.5 THz光子検出器の0.8 KでのIV特性や光学特性の評価も同環境で行う予定である。最終的な強度干渉計実験には高速読み出しが求められるため、2段のGaAs-JFETとHEMTアンプを用いてメガオームレベルの高い出力インピーダンスの低減を図るが、今年度はまず低周波での読み出しの成功を目的として1段のGaAs-JFETとオペアンプによる読み出し回路の製作を行った。その結果、0.8 Kで既存の検出器(Ezawa et al., 2019)のIV特性が測定でき、バイアス電圧600 μVにて雑音を3 nAまで低減することができた。この値は実験室において光学特性の評価を行うのには十分な値である。今後、1 pA以下までのさらなる低雑音化を進めていく予定である。

1.5 THz photon 検 extractor made の フ ォ ト マ ス ク の design と, 検 extractor review 価 の た め の measurement environment の construct line を っ た. フ ォ ト マ ス ク の design は yesterday annual に も line っ た が, SIS の three layer structure (ベ ー ス) outside the junction of を residual さ な い よ う エ ッ チ ン の グ field each 辺 を 1 mu m ず つ hiroo く ensure し た と こ ろ, be interstate に 検 extractor を making す る と ベ ー ス lateral の wiring ま で エ ッ チ ン グ さ れ て し ま い bonding が SIS, electric 気 に isolated し て Youdaoplaceholder0 まうと う question が student じた. Prior の エ ッ チ ン グ レ ー ト determination で は wiring の ア ル ミ ニ ウ ム film は three-layer よ り も 4 times degree レ ー ト が 遅 く, three エ ッ チ ン グ after に も wiring は residual る と exam え て い た が, be interstate に は wiring が residual ら な か っ た. こ の reason と し て は scenarios よ り も ア ル ミ ニ ウ ム の film thickness thin が か っ た こ と や エ ッ チ ン グ の when load power が レ ー ト determination when よ り も big き か っ た こ と が exam え ら れ る が, cause の specific に は to っ て い な い. Written を tread ま え, our は に used の グ ル ー プ に よ っ て successful cases の あ る フ ォ ト マ ス ク デ ザ イ ン を し, ま ず は indeed be に 検 extractor と し て action す る design を refers し た. One party be 験 chamber で は テ ラ ヘ ル ツ dry strength involved meter の be 験 room be 験 に to け た ク ラ イ オ ス タ ッ ト の group on み げ が underway で あ り, now production で あ る 1.5 THz photon 検 extractor の 0.8 K で の IV や optical properties の review 価 も environment で row う designated で あ る. Final な dry strength involved meter be 験 に は high-speed 読 み out し が o め ら れ る た め, 2 paragraph の GaAs - jfets と HEMT ア ン プ を with い て メ ガ オ ー ム レ ベ ル の high い output イ ン ピ ー ダ ン ス の low cut を 図 る が, our は ま ず low-frequency で の 読 み out し の successful を purpose と し て 1 paragraph の GaAs - jfets と オ ペ ア The <s:1> プによる読み exits the exit circuit to make the を line った. そ の results, 0.8 K で existing の 検 extractor (Ezawa et al., 2019) の IV が determined で き, バ イ ア ス electric 圧 600 mu V に て 雑 を 3 nA ま low で す reduction る こ と が で き た. The optical properties of the <s:1> <s:1> value <s:1> laboratory にお にお て て are rated 価を, う, に and <s:1> are very な value である. In the future, below 1 pA まで さらなる さらなる low 雑 will be modified を into めて く く to determine である.

项目成果

SIS photon detectors for THz observations beyond the gap energy

用于超出间隙能量的太赫兹观测的 SIS 光子探测器

• 发表时间: 2022
• 作者: Ayako Niwa;Hajime Ezawa;Tomonori Tamura;Hiroshi Matsuo
• 通讯作者: Hiroshi Matsuo