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

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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。