JP2005214792A - 超伝導x線検出装置及びそれを用いた超伝導x線分析装置 - Google Patents

超伝導x線検出装置及びそれを用いた超伝導x線分析装置 Download PDF

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哲 中山
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啓一 田中
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Abstract

【課題】 超伝導X線検出器と、低温初段増幅器と、センサーホルダとからなる超伝導X線検出装置の先端部分において、該検出器の出力が外乱ノイズの影響を極力受けない構造とし、かつ、配線の接続が容易に実施できる超伝導X線検出装置およびそれを用いた超伝導X線分析装置を提供する。
【解決手段】 超伝導X線検出器を低温初段増幅器の上に立体的に実装する積層構造としたものである。
【選択図】 図1

Description

本発明は、超伝導X線分析装置に関し、特に超伝導材料を用いて作製される高感度X線検出器と、該検出器から出力される微小信号を増幅するための低温初段増幅器の実装方法に関する。
最近に至り、TES(Transition Edge Sensor)やSTJ(Superconducting Tunnel Junction)と称される超伝導X線検出器が開発されている。超伝導X線検出器は、従来のX線検出器に比べ、高感度、かつ、高いエネルギー分解能を有する事から、現在、さまざまな用途に対応するためのシステム化研究が行われている。上記超伝導X線検出器は共に超伝導を応用した素子であるため、駆動するには低温に冷却する必要がある。より低温で駆動させた方が熱ノイズの影響が少なくなり高性能化が望めるため、通常100mK程度の極低温まで冷却されている。
TESは、超伝導状態の物質が温度上昇に伴って常伝導状態へ遷移する際に起こる急激な抵抗値変化を利用した温度センサーであり、X線照射のエネルギーを熱に変換して検出を行うX線センサーである。適当なバイアス電流を印加して超伝導転移端に動作点を固定すると、TESにX線を照射した際に急激な温度上昇が起こって抵抗変化が生じる。
この抵抗変化によりTESに流れる電流値が変化するために、電流値をモニターすることでX線を検出することができる。X線照射に伴う電流変化は数pAと微弱であるために、通常SQUIDアレーを用いて信号増幅を行う。
超伝導X線検出器の応用としては、主にX線分析装置や宇宙線検出装置などが挙げられる。X線分析装置として使用するには、例えば走査型電子顕微鏡(SEM)と組み合わせて使用する。超伝導X線検出器は常温で真空環境に保たれたSEMの試料室へ挿入される。
X線の検出効率を向上させるためにサンプルへ接近させて設置させる必要がある。電子線の照射によってサンプルから発生するX線は、超伝導X線検出器で検出される。
サンプル付近にはサンプルを設置するサンプルステージの他、電子線を照射する電子銃や電子線の焦点を合わせる電子レンズ等から構成される鏡筒、サンプルから発生する電子を検出する二次電子検出器などが設置されており、超伝導X線検出器を100mK以下に冷却するための冷凍機を設置するためのスペースは確保できない。そのため、SEMとは別体に冷凍機を設け、冷却ヘッドを断熱構造に施工されたスナウトと呼ばれる細い筒の中へ備え、冷却ヘッド先端へ超伝導X線検出器を固定する構造とする。スナウトをSEMの試料室のポートから挿入することで、サンプルと超伝導検出器を近接して設置する構造とする。
図5に従来の超伝導X線検出装置の先端部分の構造を示す(例えば、非特許文献1参照。)。主に先端部分は、真空を保持するスナウト外層102、輻射熱シールドを行う2層程度の輻射熱シールド板70、検出器を装着する冷却ヘッド103、そして輻射熱シールド板70の内外層に施工するスーパーインシュレーション80で構成される。スナウト外層102や輻射熱シールド板70には厚みがあり、適当な間隔が必要であることから、たとえばスナウトの直径をφ30mm程度としても、冷却ヘッドの直径はφ10mm程度の小径となる。
TESなどの超伝導X線検出器10は、接続パッド40と共に無酸素銅やサファイアなどの熱伝導率の高い材料で製作されたセンサーホルダ30に接着され、冷却ヘッド30の先端断面部へネジ止めにて装着されている。
低温初段増幅器20は、接続パッド41と共にセンサーホルダ30と同様の材料で製作された増幅器ホルダ21に接着され、冷却ヘッド30の先端付近の側面へネジ止めにて装着されている。
超伝導X線検出器10は、接続パッド40とワイヤーボンディングで接続される。接続パッド40の電極の中で、超伝導X線検出器10の出力端子は増幅器ホルダ21上の接続パッド41に導線にて接続され、超伝導X線検出器10の駆動用配線は冷凍機の外装に取り付けられたコネクタへ導線にて接続される。
一方、低温初段増幅器20は、接続パッド41とワイヤーボンディングで接続される。接続パッド41の電極の中で、低温初段増幅器20を駆動するための電極は、導線にて冷凍機の外装に取り付けられるコネクタへ接続される。
Y. Ishisaki, et al.著, 「Proceeding of the Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE)」, Hawaii U.S., 2002, p831
従来の超伝導X線検出装置にあっては、超伝導X線検出器を実装するためのスペースの他に余裕が無いことから、該検出器からの出力信号を増幅する低温初段増幅器を該検出器と離れた場所に設置し、該検出器と該増幅器とを電気伝導度の高い導線にて接続していることから、配線長が長くなり、微小信号である該検出器の出力が外乱ノイズの影響を受けるという問題があった。さらに配線の接続が複雑となるために取り扱い性が悪いという問題があった。
本発明は、上記問題点を解決し、該検出器と該増幅器とを同じ場所へ設置することにより、該検出器の出力が外乱ノイズの影響を極力受けない構造とし、かつ、配線の接続が容易に実施できる実装方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の超伝導X線検出装置においては、冷凍機と、冷凍機によって冷却される冷却ヘッドと、冷却ヘッドの先端部分に固定された超伝導X線検出器とセンサーホルダと低温初段増幅器からなり、超伝導X線検出器を低温初段増幅器の上に立体的に実装して積層構造とすることとした。
また、本発明の超伝導X線分析装置においては、冷凍機によって冷却される冷却ヘッドの先端部に設けられたセンサーホルダ上に低温初段増幅器と超伝導X線検出器を重ねて装着固定し、電子線を照射されたサンプルから発生するX線を検出し分析することとした。
さらに、本発明の超伝導X線検出装置及び超伝導X線分析装置において、超伝導X線検出器と低温初段増幅器を積層構造とする際に、該検出器と該増幅器との間に超伝導部材を挿入することもできる。この場合、該増幅器を実装する部材も超伝導材料で作製すると良い。
上記のように構成された超伝導X線検出装置及び超伝導X線分析装置によれば、超伝導X線検出器と低温初段増幅器とが積層構造となることから、該検出器の接続パッドと該増幅器の接続パッドとが近接するため、ワイヤーボンディングにて容易に接続することができ、配線長が短くなる。
さらに、該検出器と該増幅器との間に超伝導材料を挿入することにより、該増幅器の特性劣化の原因となる外部からの磁気ノイズを遮蔽すると共に、該増幅器の駆動電流により発生する磁界が超伝導X線検出器に結合して該検出器の特性を劣化させることを防ぐことが可能となる。
さらにまた、該増幅器を実装するホルダの表面にも超伝導材料を挿入することにより、該増幅器を超伝導材料で包む構造となるため、該増幅器への磁気ノイズを遮蔽する効果が向上する。
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。超伝導X線検出器と低温初段増幅器とを積層構造にすることで設置面積の縮小が図れるため、該検出器と該増幅器とを近接して実装することが可能となり、ワイヤーボンディングにより接続することが可能となるため、配線長が短くなり、外乱ノイズの影響を少なくすることができ、かつ取り扱い性も向上する。
さらに、該検出器と該増幅器との間に超伝導材料を挿入することにより、該増幅器を超伝導シールドすることができ、該増幅器へ外来の磁気ノイズが結合することを防止し、かつ、該増幅器の駆動電流により生じる磁界が超伝導X線検出器へ結合することを防止することができるため、安定したX線の検出及び分析を行うことが可能となる。
さらにまた、該増幅器と該増幅器を保持するホルダとの間に超伝導材料を挿入することにより、該増幅器に対する外来磁気ノイズの影響を軽減する効果が高くなり、増幅器として安定して動作することが可能となり、安定したX線検出と分析が可能となる。
本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図1は本発明による超伝導X線検出装置の実施例を示した概略図である。センサーホルダ30に低温初段増幅器20をワニスにて接着し、さらに低温初段増幅器20の上へ超伝導X線検出器10をワニスにて接着した。
超伝導X線検出器10としては、TES(Transition Edge Sensor)を用い、低温初段増幅器20としては、250個のSQUIDを直列接続させたSQUIDアレーを用いた。
超伝導X線検出器10および低温初段増幅器20への配線は、全てボンディングワイヤー50にて実施した。超伝導X線検出器10と低温初段増幅器20の間の接続は直接ボンディングにて行った。室温回路系と超伝導X線検出器10あるいは低温初段増幅器20とを接続する配線は、接続パッド40を介し、接続パッド40と超伝導X線検出器10や低温初段増幅器20間はボンディングにより行い、接続パッド40から室温回路系への接続は、配線52を用いて行った。
配線52には導電率の高い銅線を用いて行ったが、場合によっては超伝導線であるニオブチタン線や、室温からの熱侵入を防ぐマンガニン線、ステンレス線などを用いても良い。
センサーホルダ30を冷凍機のスナウト中に設けた冷却ヘッド103へネジ止めにて装着することで、超伝導X線検出器10および低温初段増幅器20を100mK程度に冷却し、高感度なX線検出器として駆動させる。センサーホルダ30の材質は、熱伝導特性の良い高純度無酸素銅やサファイアにて製作を行った。
図2に示される実施例では、センサーホルダ30と低温初段増幅器20との間に超伝導部材60を挿入した。超伝導部材60の材料としては厚み10μmのアルミ箔を用いたが、検出器を駆動する温度以上の臨界温度を有する材料であれば、その他の超伝導材料を用いても良い。超伝導部材60の設置方法は、熱伝導度の高いワニスを用いて接着した。
図3に示される実施例では、図2に示した実施例からさらに、超伝導X線検出器10と低温初段増幅器20との間に超伝導箔を挿入し、ワニスにて接着した。
図4は本発明による超伝導X線分析装置の構成を示した概略図である。超伝導X線検出器は、冷却ヘッド103の先端部に固定され、常温で真空環境に保たれたSEM試料室110へ挿入される。電子顕微鏡の鏡筒111から出射された電子線の照射によってサンプル120から発生するX線は、超伝導X線検出器で検出される。超伝導X線検出器は、X線の検出効率を向上させるためにサンプル120へ接近させて設置させる必要がある。
サンプル120付近にはサンプルを設置するサンプルステージ113の他、電子線を照射する電子銃や電子線の焦点を合わせる電子レンズ等から構成される鏡筒111、サンプル120から発生する電子を検出する二次電子検出器112などが設置される。
超伝導X線検出器を冷却するため、SEMとは別体に冷凍機100を設け、冷却ヘッド103を断熱構造に施工されたスナウト101の中へ備え、冷却ヘッド先端へ超伝導X線検出器を固定する構造とする。スナウト101をSEM試料室110のポートから挿入することで、サンプル120と超伝導X線検出器を近接して設置する構造とした。
冷却ヘッド103の先端部に設けられたセンサーホルダに低温初段増幅器を固定し、その上に超伝導X線検出器を重ねて装着する構成とした。この場合、超伝導X線検出器と低温初段増幅器との間に超伝導部材を挿入しても良い。また、低温初段増幅器とセンサーホルダの間に超伝導部材を挿入する構成としても良い。
本発明による超伝導X線検出装置の先端部分の実施例を示した概略図である。 本発明による超伝導X線検出装置の先端部分の実施例を示した概略図である。 本発明による超伝導X線検出装置の先端部分の実施例を示した概略図である。 本発明による超伝導X線分析装置の構成を示した概略図である。 従来の超伝導X線検出装置の先端部分の構造を示した概略図である。
符号の説明
10 超伝導X線検出器
20 低温初段増幅器
21 増幅器ホルダ
30 センサーホルダ
40 接続パッド
41 接続パッド
50 ボンディングワイヤー
51 ハンダ
52 配線
60 超伝導部材
70 輻射熱シールド板
71 X線透過ウィンドウ
80 スーパーインシュレーション
100 冷凍機
101 スナウト
102 スナウト外層
103 冷却ヘッド
110 SEM試料室
111 鏡筒
112 二次電子検出器
113 サンプルステージ
120 サンプル

Claims (8)

  1. 冷凍機と、冷凍機によって冷却される冷却ヘッドと、冷却ヘッドの先端部分に固定された超伝導X線検出器とセンサーホルダと低温初段増幅器からなる超伝導X線検出装置において、
    前記センサーホルダに前記低温初段増幅器を取り付け、前記超伝導X線検出器を前記低温初段増幅器の上に重ねて装着した事を特徴とする超伝導X線検出装置。
  2. 前記センサーホルダと前記低温初段増幅器との間に超伝導部材を挿入したことを特徴とする請求項1記載の超伝導X線検出装置。
  3. 前記超伝導X線検出器と前記低温初段増幅器との間に超伝導部材を挿入したことを特徴とする請求項1記載の超伝導X線検出装置。
  4. 前記超伝導部材が超伝導箔であることを特徴とする請求項2又は3の超伝導X線検出装置。
  5. 冷凍機と、冷凍機によって冷却される冷却ヘッドと、冷却ヘッド先端部に固定された超伝導X線検出器とセンサーホルダと低温初段増幅器からなり、電子線を照射されたサンプルから発生するX線を検出し分析する超伝導X線分析装置において、
    冷却ヘッド先端部に固定されたセンサーホルダに前記低温初段増幅器を取り付け、前記超伝導X線検出器を前記低温初段増幅器の上に重ねて装着した事を特徴とする超伝導X線分析装置。
  6. 前記センサーホルダと前記低温初段増幅器との間に超伝導部材を挿入したことを特徴とする請求項5記載の超伝導X線分析装置。
  7. 前記超伝導X線検出器と前記低温初段増幅器との間に超伝導部材を挿入したことを特徴とする請求項5記載の超伝導X線分析装置。
  8. 前記超伝導部材が超伝導箔であることを特徴とする請求項6又は7の超伝導X線分析装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013098853A (ja) * 2011-11-02 2013-05-20 Hamamatsu Photonics Kk 固体撮像装置
JP2014502727A (ja) * 2010-12-30 2014-02-03 アクサン・テクノロジーズ・インコーポレーテッド Oct撮像に用いられる統合化された増幅器付き平衡光検出器システム
US10488177B2 (en) 2010-12-30 2019-11-26 Axsun Technologies, Inc. Optical coherence tomography (OCT) system having integrated detector and analysis systems

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005257349A (ja) * 2004-03-10 2005-09-22 Sii Nanotechnology Inc 超伝導x線分析装置
GB2437208B (en) * 2005-01-24 2009-12-02 Sii Nanotechnology Inc Superconducting x-ray detector and x-ray analysis apparatus using the same
JP5026006B2 (ja) * 2006-07-05 2012-09-12 エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 超伝導放射線分析装置
US20120166117A1 (en) * 2010-10-29 2012-06-28 Xia Llc Method and apparatus for evaluating superconducting tunnel junction detector noise versus bias voltage
JP6324060B2 (ja) * 2013-12-24 2018-05-16 株式会社日立ハイテクサイエンス X線分析装置
WO2016151786A1 (ja) * 2015-03-25 2016-09-29 株式会社 日立ハイテクノロジーズ 電子顕微鏡
AT517438B1 (de) * 2015-07-07 2018-10-15 Alfred Dipl Ing Fuchs Vorrichtung und verfahren zur detektion von strahlung
JP2017167030A (ja) * 2016-03-17 2017-09-21 株式会社日立ハイテクサイエンス X線分析装置
JP6745621B2 (ja) * 2016-03-24 2020-08-26 株式会社日立ハイテクサイエンス 放射線分析装置、及び放射線分析方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10317888B3 (de) * 2003-04-17 2004-12-16 Vericold Technologies Gmbh Kryo-Detektorvorrichtung

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014502727A (ja) * 2010-12-30 2014-02-03 アクサン・テクノロジーズ・インコーポレーテッド Oct撮像に用いられる統合化された増幅器付き平衡光検出器システム
US10488177B2 (en) 2010-12-30 2019-11-26 Axsun Technologies, Inc. Optical coherence tomography (OCT) system having integrated detector and analysis systems
JP2013098853A (ja) * 2011-11-02 2013-05-20 Hamamatsu Photonics Kk 固体撮像装置

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