窒化ニオブチタン配線層と窒化アルミニウム障壁を用いたサブミリ波SIS素子の開発

使用铌钛氮化物布线层和氮化铝阻挡层的亚毫米波SIS器件的开发

• 批准号: 06J11365
• 负责人: 遠藤 光
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J11365/
• 关键词: サブミリ波; SISミクサ; 超伝導; 窒化物; マイクロ波; テラヘルツ波; 窒化アルミニウム; 超伝導デバイス; デバイスプロセス; 高周波プラズマ; SIS接合

本年度は、周波数2.45GHzのマイクロ波でプラズマを励起する、電子サイクロトロン共鳴型のリモートプラズマ源を用いてAlNバリアを生成した。N2流量の異なる条件で生成したAlNトンネルバリアの特性を比較したところ、流量の少ない場合のほうがバリアの欠陥が少ない傾向があることがわかった。そこで、放電管内のプラズマ発光スペクトルを分析したところ、良質なAlNバリアの得られた低流量条件のもとでは窒素の解離率が高く、最大で6%程度の解離率があることがわかった。そこで解離率最大の条件のもとでAlNトンネルバリアを生成したところ、たとえばトンネル抵抗率7Ωμm2でもサブギャップ抵抗/常伝導抵抗比が16という、ALMAバンド10で必要とされている水準を上回る、きわめて低抵抗率で欠陥の少ないSIS接合が得られた。窒素原子はAlとの反応性が高いのでAl膜への侵入が浅く、表面付近が集中的に窒化されるために、きわめて薄くかつ一様なAlN膜の生成が促進されるのだと考えられる。これらの結果は、博士論文および投稿論文として公表した。このような、トンネル抵抗率の小さいNb/Al-AlN-Nb SIS素子の作製方法の確立により、ALMAバンド10のSIS受信機開発は大きく前進し、今では国際的な性能仕様の達成を目前にしている。さらに、今回の研究の結果得られた「活性種の反応性が高いほど、薄くかつ一様な膜が生成する」という示唆が一般的に正しいならば、より解離率を高めた窒素雰囲気、あるいは酸素雰囲気の中でバリアを生成する事で、今後さらにトンネルの低いバリアを生成できる可能性がある。このようなトンネルバリアは、SISミクサ、STJ検出器、Cooper対箱などの天文用電磁波検出デバイスはもちろん、不揮発性メモリや超伝導集積回路など産業用にも応用が期待される。

This year, the frequency of 2.45 GHz is generated by the excitation of electronic resonance type and AlN emission. N2 flow rate variation conditions are generated by comparing the characteristics of AlN and AlN, and the flow rate decreases when the flow rate decreases. The dissociation rate of AlN under low flow conditions is high and reaches a maximum of 6% The conditions for maximum dissociation rate are: AlN production rate 7Ωμm2 resistance/constant conductance resistance ratio 16 Ω, ALMA production rate 10 Ω, necessary level 10 Ω, low resistance ratio 10 Ω, low SIS production rate 10 Ωμm2 resistance/constant conductance resistance ratio 16 Ωμm2 resistance/constant conductance ratio 16 Ω μ m2 resistance ratio 10 Ω/constant conductance ratio 16 Ω μ m2 resistance ratio 16 Ω μ m The high reflectivity of Al atoms promotes the formation of AlN films by increasing the penetration of Al films in shallow and concentrated areas near the surface. The results of the doctoral thesis and the contribution paper are presented in the form of public statements. In order to establish the manufacturing method of Nb/Al-AlN-Nb SIS element, the development of SIS receiver of ALMA 10 has made great progress, and now it has achieved the international performance standard. In addition, the results of this study showed that the activity of active species was high and thin, and the possibility of formation of active species was high and low. The electromagnetic wave detectors for astronomy, such as the COOPER box, the SIS detector, the STJ detector, the COOPER box, the non-volatile detector, and the super-conductive integrated circuit are expected to be used in industrial applications.

项目成果

Fabrication of aluminium nitride barrier SIS mixer devices using plasma diluted by noble gases

使用稀有气体稀释等离子体制造氮化铝势垒 SIS 混合器装置

• 发表时间: 2008
• 期刊: Journal of Physics: Conference Series 97
• 作者: Akira Endo;Hirofumi Inoue;Shin'ichiro Asayama;Takashi Noguchi;Matthias Kroue ;Tomonori Tamura
• 通讯作者: Tomonori Tamura

Development of <Nb/Al-AlNx/Nb> SIS Junctions for Submillimeter-Wave Mixers

用于亚毫米波混频器的 <Nb/Al-AlNx/Nb> SIS 结的开发

• 发表时间: 2007
• 期刊: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 17(印刷中)
• 作者: K. Muraoka;K. Kohno;T. Tosaki;N. Kuno;K. Nakanishi;K. Sorai;T. Okuda;S. Sakamoto;A. Endo;B.;Akira Endo
• 通讯作者: Akira Endo

Atomic nitrogen source for the formation of aluminum nitride tunnel barrier SIS junc

用于形成氮化铝隧道势垒 SIS 结的原子氮源

• 发表时间: 2009
• 期刊: Physica C 受理((印刷中)掲載確定)
• 作者: A. Endo;T. Noguchi;M. Kroug;T. Tamura;H. Inoue
• 通讯作者: H. Inoue

Development of Nb/Al-AlNx/Nb SIS Junctions for Submillimeter-Wave Mixers

用于亚毫米波混频器的 Nb/Al-AlNx/Nb SIS 结的开发

• 发表时间: 2007
• 期刊: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 17
• 作者: A. Endo;T. Noguchi;T. Matsunaga;T. Tamura
• 通讯作者: T. Tamura

マイクロ波励起型窒素原子源によるAlNトンネルバリアの作製

利用微波激发氮原子源制备 AlN 隧道势垒

• 发表时间: 2008
• 作者: 遠藤光;野口卓;マティアスクロッグ;小嶋崇文;井上裕文
• 通讯作者: 井上裕文