超伝導トンネル接合素子を用いた可視光1光子分光検出器の基礎開発

基于超导隧道结器件的可见光单光子光谱探测器的基础研究

基本信息

项目摘要

平成11年度に引き続き、素子の設計・試作と評価を行った。素子の試作では、理化学研究所内のSTJ作製専用プロセスラインを用いて可視光検出に用いることのできるSTJの試作を行った。前年度に開発したSTJの側面を酸素プラズマで酸化する方法に加えて、Alの準粒子トラップ層の厚みを従来の50nm×2から70nm×2に増やした素子を新たに開発し、従来に比べて発生信号電荷量を5倍大きくすることができた。この素子の低エネルギー光子に対する応答特性を高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所放射光施設(KEK-PF)で評価した。その結果、約50eVのエネルギーの光子の一光子分光検出を行なうことが出来た。このエネルギーにおける一光子分光検出は国内初である。この際のエネルギー分解能は、放射光施設特有の雑音に起因する読み出し回路雑音と、高次軟X線光の混入に起因する基板フォノン信号との重畳(パイルアップ)で決まっている。分解能の値は約15eVであったが、読み出し雑音の寄与を差し引くと、検出器単体のエネルギー分解能が約4eV(波長にして約3,000Å)を達成していることが明らかになった。このことから、素子性能として、可視光光子の一光子検出が十分可能なレベルまで仕上がっていることが確認された。
Heisei 11 year introduction The STJ production system in the Institute of Physical Chemistry and Chemical Engineering is used in the trial operation of STJ in the visual light detection system. In the previous year, we developed a method to acidify the bottom surface of the STJ with an acid layer. As a result, the thickness of the Al quasiparticle layer has been increased to 50nm×2 to 70nm×2, and new ions have been developed. In the future, the amount of signal charge generated will be 5 times greater than that of the original one. Evaluation of the response characteristics of these photons at the Institute of Material Structure Science (KEK-PF), an accelerator research institute As a result, about 50eV of photons were detected by photon spectroscopy. A photon spectrometer is used to detect the initial state of the country. This process can be resolved by analyzing the causes of the noise characteristic of the radiated light, such as the noise in the loop, the noise in the high-order soft X-ray, the signal in the substrate, and the noise in the substrate. The resolution energy is about 15eV, and the difference between the wavelength of the detector and the wavelength of the detector is about 4eV. It is very likely that the photon emission of visible light photons will be confirmed.

项目成果

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C.Otani,T.Ikeda,H.Kato,K.Kawai,H.Miyasaka,T.Oku,W,Ootani,H.Sato,H.M.Shimizu,Y.Takizawa,H.Watanabe 他4名: "Properties of Substrate Phonon Events in Superconducting Tunnel Junctions Induced by X-ray Absorption"Japanese Journal of Applied Physics. 39巻・4B号. 171
C.Otani、T.Ikeda、H.Kato、K.Kawai、H.Miyasaka、T.Oku、W,Ootani、H.Sato、H.M.Shimizu、Y.Takizawa、H.Watanabe 和其他 4 人:“基材的特性X 射线吸收引起的超导隧道结中的声子事件“日本应用物理学杂志。第 39 卷,第 4B 期。171
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C.Otani,T.Ikeda,H.Kato,K.Kawai,H.Miyasaka,T.Oku,W.Ootani,H.Sato,H.M.Shimizu,Y.Takizawa,H.Watanabe 他4名: "Spectral Features of Substrate Phonon Events Obrained by Illiuminating Superconducting Tunnel Junctions with X-rays"IEEE Transactions on Applied Superc
C.Otani、T.Ikeda、H.Kato、K.Kawai、H.Miyasaka、T.Oku、W.Ootani、H.Sato、H.M.Shimizu、Y.Takizawa、H.Watanabe 和其他 4 人:“光谱特征用 X 射线照射超导隧道结观察到的基底声子事件“IEEE 应用超导学报
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T.Ikeda,H.Kato,K.Kawai,H.Miyasaka,T.Oku,W.Ootani,C.Otani,H.Sato,H.M.Shimizu,Y.Takizawa,H.Watanabe他4名: "A Compact High-Resolution X-ray Detector System Using STJ and a SQUID Amplifier"Proceedings of 4th European Conference on Applied Superconductivity. (出版
T.Ikeda、H.Kato、K.Kawai、H.Miyasaka、T.Oku、W.Ootani、C.Otani、H.Sato、H.M.Shimizu、Y.Takizawa、H.Watanabe 和其他 4 人:“A Compact High” -使用 STJ 和 SQUID 放大器的分辨率 X 射线探测器系统”第四届欧洲应用超导会议论文集。(已出版)
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H.Sato,T.Ikeda,H.Kato,K.Kawai,H.Miyasaka,T.Oku,W.Ootani,C.Otani,H.M.Shimizu,Y.Takizawa,H.Watanabe 他4名: "Improved Fabrication Method for Nb/Al/AlOx/Al/Nb Superconducting Tunnel Junctions as an X-ray Detector"Japanese Journal of Applied Physics. 39巻・9A号. 50
H.Sato、T.Ikeda、H.Kato、K.Kawai、H.Miyasaka、T.Oku、W.Ootani、C.Otani、H.M.Shimizu、Y.Takizawa、H.Watanabe 和其他 4 人:“改进的制造方法用于 Nb/Al/AlOx/Al/Nb 超导隧道结作为 X 射线探测器”日本应用物理学杂志。第 39 卷,第 9A 期。50
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W.Ootani,T.Ikeda,H.Kato,K.Kawai,H.Miyasaka,T.Oku,C.Otani,H.Sato,H.M.Shimizu,Y.Takizawa,H.Watanabe他4名: "Development of X-ray Detectors Based on Nb/Al/AlOx/Al/Nb Superconducting Tunnel Junctions"Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section A. (
W.Ootani、T.Ikeda、H.Kato、K.Kawai、H.Miyasaka、T.Oku、C.Otani、H.Sato、H.M.Shimizu、Y.Takizawa、H.Watanabe 和其他 4 人:“X 的开发”基于Nb/Al/AlOx/Al/Nb超导隧道结的γ射线探测器《核物理研究仪器与方法》A部分。
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