JP2616926B2 - 放射線検出素子 - Google Patents
放射線検出素子Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、放射線検出素子に関する。詳しくは述べ
る、超電導トンネル接合からなる放射線検出素子に関す
る。
る、超電導トンネル接合からなる放射線検出素子に関す
る。
（従来の技術） エネルギー分解能の高い放射線検出器は、蛍光Ｘ線分
析器等において重要な位置を占めている。しかして、従
来、放射線検出器としては、放射線によるガス電離を利
用したガスカウンター、放射線によるシンチレーション
光を利用したシンチレーション放射線検出器、半導体中
での放射線による電子−正孔対の生成を利用した半導体
放射線検出器等が使用されている。しかしながら、これ
らの放射線検出器では、半導体中での電子−正孔対の生
成やガスの電離やシンチレーション光を一つ出すのに必
要な平均エネルギーが数e Vから数百e Vと大きいため、
放射線による信号の大きさの統計的ゆらぎが大きかっ
た。
析器等において重要な位置を占めている。しかして、従
来、放射線検出器としては、放射線によるガス電離を利
用したガスカウンター、放射線によるシンチレーション
光を利用したシンチレーション放射線検出器、半導体中
での放射線による電子−正孔対の生成を利用した半導体
放射線検出器等が使用されている。しかしながら、これ
らの放射線検出器では、半導体中での電子−正孔対の生
成やガスの電離やシンチレーション光を一つ出すのに必
要な平均エネルギーが数e Vから数百e Vと大きいため、
放射線による信号の大きさの統計的ゆらぎが大きかっ
た。
このような従来の放射線検出器の欠点を改善するため
に、超電導トンネル接合を用いた放射線検出器が提案さ
れている（特開昭59−95,484号公報）。しかして、この
ような検出器では、超電導中で放射線によって電子を励
起するのに必要な平均エネルギーが１meＶ程度と極めて
小さく励起される電子の数が極めて大きいので、超電導
体放射線検出器では一定のエネルギーの放射線に対する
信号の大きさの統計的ゆらぎの割合が非常に小さく、こ
のため、エネルギー分解能が極めて高くなり得る。ま
た、超電導体放射線検出器では、多結晶の超電導体を用
いることができるので、放射線による結晶性の乱れは半
導体放射線検出器の場合と比べてほとんど問題とならな
いという利点もある。したがって、超電導トンネル接合
を用いた放射線検出器は、従来の半導体を用いた放射線
検出器と比較して数十倍優れたエネルギー分解能をもつ
可能性がある（応用物理、第53巻第６号第532〜537頁、
1984年）。実際、約5.9keＶのＸ線に対して、明らかに
半導体より優れた分解能が得れた実験結果もある［ユー
ロフィジックス レーター（Europhysics Letter）第１
巻第５号第209〜214頁（1986年）］。
に、超電導トンネル接合を用いた放射線検出器が提案さ
れている（特開昭59−95,484号公報）。しかして、この
ような検出器では、超電導中で放射線によって電子を励
起するのに必要な平均エネルギーが１meＶ程度と極めて
小さく励起される電子の数が極めて大きいので、超電導
体放射線検出器では一定のエネルギーの放射線に対する
信号の大きさの統計的ゆらぎの割合が非常に小さく、こ
のため、エネルギー分解能が極めて高くなり得る。ま
た、超電導体放射線検出器では、多結晶の超電導体を用
いることができるので、放射線による結晶性の乱れは半
導体放射線検出器の場合と比べてほとんど問題とならな
いという利点もある。したがって、超電導トンネル接合
を用いた放射線検出器は、従来の半導体を用いた放射線
検出器と比較して数十倍優れたエネルギー分解能をもつ
可能性がある（応用物理、第53巻第６号第532〜537頁、
1984年）。実際、約5.9keＶのＸ線に対して、明らかに
半導体より優れた分解能が得れた実験結果もある［ユー
ロフィジックス レーター（Europhysics Letter）第１
巻第５号第209〜214頁（1986年）］。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来の超電導トンネル接合を用いた放
射線検出器では、超電導トンネル接合内で、放射線によ
ってエネルギーギャップの上に励起された電子の多く
が、信号として該接合から外部に取出される前に再結合
してしまい、信号に寄与せず、エネルギー分解能も劣化
するという欠点があった。
射線検出器では、超電導トンネル接合内で、放射線によ
ってエネルギーギャップの上に励起された電子の多く
が、信号として該接合から外部に取出される前に再結合
してしまい、信号に寄与せず、エネルギー分解能も劣化
するという欠点があった。
放射線によってエネルギーギャップよりエネルギー的
に充分高く励起された電子は、他の電子をエネルギーギ
ャップの上に励起したり、あるいは音響量子（phonon,
以下フォノンという）を放出したりしながら急速にエネ
ルギーを失い、エネルギーギャップの直上まで緩和す
る。この緩和に要する時間は短く（数百pS以下）、この
緩和中に放出されるフォノンのうち、エネルギーΩが２
Δ以上（ここで２Δは超電導体のギャップエネルギー）
のフォノン（Ω≧２Δ）の大部分は他の電子をさらにエ
ネルギーギャップの上に励起するのに寄与する。このよ
うにしてエネルギーギャップの直上に緩和した電子（以
下、過剰準粒子と呼ぶ）も全て電流信号として外部に取
出せる訳ではない。すなわち、過剰準粒子の一部は電流
信号として取出される訳ではない。すなわち、過剰準粒
子の一部は電流信号として取出される前に再結合し、余
分なエネルギーをフォノンとして放出してエネルギーギ
ャップの下に落ちてしまう。しかし、再結合時に放出さ
れるフォノン（以下、再結合フォノンと呼ぶ）のエネル
ギーは２Δにほぼ等しくかつそれ以上あるため、再結合
フォノンは、再度電子をエネルギーギャップの上に励起
することもできる。
に充分高く励起された電子は、他の電子をエネルギーギ
ャップの上に励起したり、あるいは音響量子（phonon,
以下フォノンという）を放出したりしながら急速にエネ
ルギーを失い、エネルギーギャップの直上まで緩和す
る。この緩和に要する時間は短く（数百pS以下）、この
緩和中に放出されるフォノンのうち、エネルギーΩが２
Δ以上（ここで２Δは超電導体のギャップエネルギー）
のフォノン（Ω≧２Δ）の大部分は他の電子をさらにエ
ネルギーギャップの上に励起するのに寄与する。このよ
うにしてエネルギーギャップの直上に緩和した電子（以
下、過剰準粒子と呼ぶ）も全て電流信号として外部に取
出せる訳ではない。すなわち、過剰準粒子の一部は電流
信号として取出される訳ではない。すなわち、過剰準粒
子の一部は電流信号として取出される前に再結合し、余
分なエネルギーをフォノンとして放出してエネルギーギ
ャップの下に落ちてしまう。しかし、再結合時に放出さ
れるフォノン（以下、再結合フォノンと呼ぶ）のエネル
ギーは２Δにほぼ等しくかつそれ以上あるため、再結合
フォノンは、再度電子をエネルギーギャップの上に励起
することもできる。
しかしながら、超電導トンネル接合からその基板に逃
げ出た再結合フォノンはもはや他の電子をエネルギーギ
ャップの上には励起できないので、その分は再結合によ
って過剰準粒子の数が減少した、すなわち信号として取
り出される過剰準粒子の数が減少したことになる。
げ出た再結合フォノンはもはや他の電子をエネルギーギ
ャップの上には励起できないので、その分は再結合によ
って過剰準粒子の数が減少した、すなわち信号として取
り出される過剰準粒子の数が減少したことになる。
また、逆に、放射線が基板中でエネルギーを失った場
合、放射線によって基板中に生じたフォノン、特にΩ≧
２Δのフォノンの一部は超電導トンネル接合に入り込ん
で過剰の準粒子は作り出し、放射線の全エネルギーに相
当するより小さな偽の信号を発生させる。
合、放射線によって基板中に生じたフォノン、特にΩ≧
２Δのフォノンの一部は超電導トンネル接合に入り込ん
で過剰の準粒子は作り出し、放射線の全エネルギーに相
当するより小さな偽の信号を発生させる。
一方、仮に超電導トンネルと基板との間のフォノンの
透過が極めて困難なる構造とした場合には、再結合フォ
ノン（Ω≧２Δ）が過剰粒子を散乱した結果としてエネ
ルギーが２Δ以下となったフォノン（Ω＜２Δ）や前記
の緩和過程で放出されたΩ＜２Δのフォノが長い時間超
電導トンネル接合内にとどまり、放射線による信号は長
い尾を引くことになる（応用物理第53巻第６号第532〜5
37頁、1984年）。これは短時間の間隔で多くの放射線が
入射しくるような状況で信号が重なってきてしまうこ
と、あるいは超電導トンネル接合が放射線によって昇温
してしまいやすいことを意味し、結局放射線検出器とし
ては未だ不充分である。また、超格子は、特定のエネル
ギーのフォノンのみを反射して他のエネルギーのフォノ
ンは透過させるようなフォノンのフィルターとして用い
得ることが知られている［フィジカル レビュー レタ
ーズ（Physical Review Letters）第43巻第27号第2012
〜1212頁（1979年）］。
透過が極めて困難なる構造とした場合には、再結合フォ
ノン（Ω≧２Δ）が過剰粒子を散乱した結果としてエネ
ルギーが２Δ以下となったフォノン（Ω＜２Δ）や前記
の緩和過程で放出されたΩ＜２Δのフォノが長い時間超
電導トンネル接合内にとどまり、放射線による信号は長
い尾を引くことになる（応用物理第53巻第６号第532〜5
37頁、1984年）。これは短時間の間隔で多くの放射線が
入射しくるような状況で信号が重なってきてしまうこ
と、あるいは超電導トンネル接合が放射線によって昇温
してしまいやすいことを意味し、結局放射線検出器とし
ては未だ不充分である。また、超格子は、特定のエネル
ギーのフォノンのみを反射して他のエネルギーのフォノ
ンは透過させるようなフォノンのフィルターとして用い
得ることが知られている［フィジカル レビュー レタ
ーズ（Physical Review Letters）第43巻第27号第2012
〜1212頁（1979年）］。
したがって、本発明の目的は、新規な放射線検出素子
を提供することにある。本発明の他の目的は、Ω≧２Δ
のフォノンの基板へ逃げ出しおよび基板からの入り込み
を抑制してなる超電導トンネル接合からなる放射線検出
素子を提供することにある。
を提供することにある。本発明の他の目的は、Ω≧２Δ
のフォノンの基板へ逃げ出しおよび基板からの入り込み
を抑制してなる超電導トンネル接合からなる放射線検出
素子を提供することにある。
（問題点を解決するための手段） これらの諸目的は、超電導トンネル接合体と基板との
間あるいはいずれかの内部に少なくとも１層の超格子層
を設け、該超格子層が、音響学的インピーダンスの異な
る少なくとも２種類の物質が交互に積層された構造を有
し、該積層の周期が、前記超電導トンネル接合体内で生
じた前記超電導トンネルを接合体を構成する超電導体の
エネルギーギャップの大きさに相当するエネルギーを持
つフォノンの波長の半分の値以下とし、前記超電導トン
ネル接合体に放射線が当たって励起された電子の再結合
フォノンが前記基板に散逸しないようにしたことを特徴
とする超電導トンネル接合を用いた放射線検出素子によ
り達成される。
間あるいはいずれかの内部に少なくとも１層の超格子層
を設け、該超格子層が、音響学的インピーダンスの異な
る少なくとも２種類の物質が交互に積層された構造を有
し、該積層の周期が、前記超電導トンネル接合体内で生
じた前記超電導トンネルを接合体を構成する超電導体の
エネルギーギャップの大きさに相当するエネルギーを持
つフォノンの波長の半分の値以下とし、前記超電導トン
ネル接合体に放射線が当たって励起された電子の再結合
フォノンが前記基板に散逸しないようにしたことを特徴
とする超電導トンネル接合を用いた放射線検出素子によ
り達成される。
本発明はまた、前記超格子層の少なくとも片側にフォ
ノンの伝搬方向を揃えるためのフォノンフォーカス層を
設けてなる超電導トンネル接合を用いた放射線検出素子
である。本発明はさらに、前記フォノフォーカス層が、
前記超格子層の前記超電導トンネル接合体側に設けられ
てなる超電導トンネル接合を用いた放射線検出素子であ
る。本発明はまた、前記フォノンフォーカス層が、前記
超格子層の前記基板側に設けられてなる超電導トンネル
接合を用いた放射線検出素子である。
ノンの伝搬方向を揃えるためのフォノンフォーカス層を
設けてなる超電導トンネル接合を用いた放射線検出素子
である。本発明はさらに、前記フォノフォーカス層が、
前記超格子層の前記超電導トンネル接合体側に設けられ
てなる超電導トンネル接合を用いた放射線検出素子であ
る。本発明はまた、前記フォノンフォーカス層が、前記
超格子層の前記基板側に設けられてなる超電導トンネル
接合を用いた放射線検出素子である。
（作用） 本発明は、超格子とフォノンフィルターとしての性質
を利用して放射線によって超電導トンネル接合内で生じ
たΩ≧２Δのフォノンの基板への逃げ出しを抑制し、か
つもはや過剰準粒子を作り出すのに寄与しないΩ＜２Δ
のフォノンを効率的に基板に逃してしまうと同時に基板
から超電導トンネル結合へのΩ≧２Δのフォノンの入り
込みを抑制するものである。
を利用して放射線によって超電導トンネル接合内で生じ
たΩ≧２Δのフォノンの基板への逃げ出しを抑制し、か
つもはや過剰準粒子を作り出すのに寄与しないΩ＜２Δ
のフォノンを効率的に基板に逃してしまうと同時に基板
から超電導トンネル結合へのΩ≧２Δのフォノンの入り
込みを抑制するものである。
すなわち、音響学的インピーダンスの値の異なる二つ
の物質を交互に周期的に積層した周期ｄの超格子は、垂
直に入射された波長λがほぼ2dであるフォノンを反射し
てしまうのでΩがほぼ２Δとなるフォノンの波長をλ０
とし、d0＝λ0/2とすると、周期d0の超格子の垂直に入
射したΩがほぼ２Δであるフォノンと斜めに入射してき
たΩ＞２Δ（λ＜2d）のフォノンの一部を反射してΩ＜
２Δのフォノンは透過させることになる。
の物質を交互に周期的に積層した周期ｄの超格子は、垂
直に入射された波長λがほぼ2dであるフォノンを反射し
てしまうのでΩがほぼ２Δとなるフォノンの波長をλ０
とし、d0＝λ0/2とすると、周期d0の超格子の垂直に入
射したΩがほぼ２Δであるフォノンと斜めに入射してき
たΩ＞２Δ（λ＜2d）のフォノンの一部を反射してΩ＜
２Δのフォノンは透過させることになる。
Ω≧２Δのフォノンをさらに効率よく反射させるため
には、周期ｄがd0より小さくかつ異なった値をもったい
くつかの超格子をさらに積層すればよい。あるいはさら
に、フォノン伝搬が異方性をもつような物質中で、フォ
ノンの伝搬方向が自動的に揃ってくるというフォノンフ
ォーカス効果［フィジカル レビュー レターズ（Phy
s. Rev. Letters）第23巻第８号第416〜419頁（1969
年）］を利用してもよい。この場合は、超格子層の上に
フォノンフォーカス効果を示す物質からなるフォノンフ
ォーカス層を設けることによってフォノンフォーカス層
を通過したフォノンの伝搬方向を超格子に垂直方向に揃
えることできるため、Ω≧２Δのフォノンの反射はより
効果的に行なわれることになる。もちろん、フォノンフ
ォーカス層や超格子層を超電導トンネル接合や基板の一
部としてもよい。
には、周期ｄがd0より小さくかつ異なった値をもったい
くつかの超格子をさらに積層すればよい。あるいはさら
に、フォノン伝搬が異方性をもつような物質中で、フォ
ノンの伝搬方向が自動的に揃ってくるというフォノンフ
ォーカス効果［フィジカル レビュー レターズ（Phy
s. Rev. Letters）第23巻第８号第416〜419頁（1969
年）］を利用してもよい。この場合は、超格子層の上に
フォノンフォーカス効果を示す物質からなるフォノンフ
ォーカス層を設けることによってフォノンフォーカス層
を通過したフォノンの伝搬方向を超格子に垂直方向に揃
えることできるため、Ω≧２Δのフォノンの反射はより
効果的に行なわれることになる。もちろん、フォノンフ
ォーカス層や超格子層を超電導トンネル接合や基板の一
部としてもよい。
（実施例） つぎに、図面を参照しながら本発明をさらに詳細に説
明する。
明する。
第１図は、本発明による放射線検出素子の一例を説明
するための概念的断面図である。同図において、放射線
検出素子１は、基板２上に超格子層３が設けられ、該超
格子層３の上に超電導トンネル接合体層４が設けられて
いる。この超電導トンネル接合体層４は第１の電導体層
５および第２の電導体層６の間にトンネルバリヤ層７が
積層されてなるものである。該電導体層５および６には
それぞれ信号ケーブル８および９が接合されている。
するための概念的断面図である。同図において、放射線
検出素子１は、基板２上に超格子層３が設けられ、該超
格子層３の上に超電導トンネル接合体層４が設けられて
いる。この超電導トンネル接合体層４は第１の電導体層
５および第２の電導体層６の間にトンネルバリヤ層７が
積層されてなるものである。該電導体層５および６には
それぞれ信号ケーブル８および９が接合されている。
第２図は、本発明の他の実施例を示すものであり、同
図における放射線検出素子11は、基板12上に超格子層13
が設けられ、該超格子層13の上にさらにフォノンフォー
カス層20が設けられている。該フォノンフォーカス層20
の上には超電導トンネル接合体層14が設けられている。
この超電導トンネル接合体層14は、第１の電導体層15お
よび第２の電導体層16の間にトンネルバリヤ層17が積層
されてなるものである。また、該電導体層15および16に
はそれぞれ信号ケーブル18および19が接続されている。
図における放射線検出素子11は、基板12上に超格子層13
が設けられ、該超格子層13の上にさらにフォノンフォー
カス層20が設けられている。該フォノンフォーカス層20
の上には超電導トンネル接合体層14が設けられている。
この超電導トンネル接合体層14は、第１の電導体層15お
よび第２の電導体層16の間にトンネルバリヤ層17が積層
されてなるものである。また、該電導体層15および16に
はそれぞれ信号ケーブル18および19が接続されている。
本発明による放射線検出素子において利用される超電
導トンネル接合体層は、少なくとも一層は超電導体から
なり、もう一層は超電導体または常電導体または半導体
からなる第１および第２の電導体層の間に金属酸化物等
よりなる絶縁体や半導体が積層されてトンネルバリヤー
を形成してなるサンドイッチ構造のものである。第１お
よび第２の電導体の層厚は、いずれも200Å以上、好ま
しくは3000Å以上であり、トンネルバリヤ層の層厚は10
〜100Å、好ましくは20〜30Åである。電導体層を形成
する材料としては、超電導材料、常電導材料、半導体材
料があり、例えばアルミニウム、インジウム、錫、鉛、
タンタル、ニオブ、バナジウム、Nb3Sn、Nb3Ge、Nb3A
l、Nb3Ga,NbN、Nb3Al0.75Ge0.25、Nb0.55、Ti0.45、V3G
a、V3Si、Pb1Mo5.1S6（SN）ｘ高分子等がある。またト
ンネルバリヤ層を形成する材料としては、上記材料の酸
化物、例えばアルミナ、酸化インジウム、酸化錫、酸化
鉛、酸化タンタル、酸化ニオブ、シリカ等がある。もち
ろん、電導体層の酸化物以外の絶縁体を用いてもよく、
半導体でもよい。これらの各層は、例えば、真空蒸着
法、スパッタリング法、気相生長法等の方法により形成
される一例を挙げると、超格子層又はフォノンフォーカ
ス層の表面に超電導材料の薄膜を前記方法により形成さ
せ、ついで装置内に酸素ガスを導入して超電導材料薄膜
の表面を酸化させて金属酸化物のバリヤを形成し、その
上にさらに超電動材料をの薄膜を前記方法により形成さ
せることにより超電導トンネル接合体が形成される。超
格子層は、フォノンを反射するための薄膜で、その膜厚
は0.1〜3.0μｍ、好ましくは0.2〜0.5μｍである。この
超格子層は複数種類の金属、絶縁体または半導体材料の
薄膜を複数層積層してなるものである。金属材料として
は、銅、アルミニウム等があり、また半導体材料として
は、ケイ素、GaAs、Al0.5Ga0.5As,PGaAs、PAlGaAs等が
ある。また、基板は金属、絶縁体、半導体材料により形
成される。フォノンフォーカス層は、前記超格子層の少
なくとも片面側にフォノンの伝搬方向を揃えるために形
成されるものである。
導トンネル接合体層は、少なくとも一層は超電導体から
なり、もう一層は超電導体または常電導体または半導体
からなる第１および第２の電導体層の間に金属酸化物等
よりなる絶縁体や半導体が積層されてトンネルバリヤー
を形成してなるサンドイッチ構造のものである。第１お
よび第２の電導体の層厚は、いずれも200Å以上、好ま
しくは3000Å以上であり、トンネルバリヤ層の層厚は10
〜100Å、好ましくは20〜30Åである。電導体層を形成
する材料としては、超電導材料、常電導材料、半導体材
料があり、例えばアルミニウム、インジウム、錫、鉛、
タンタル、ニオブ、バナジウム、Nb3Sn、Nb3Ge、Nb3A
l、Nb3Ga,NbN、Nb3Al0.75Ge0.25、Nb0.55、Ti0.45、V3G
a、V3Si、Pb1Mo5.1S6（SN）ｘ高分子等がある。またト
ンネルバリヤ層を形成する材料としては、上記材料の酸
化物、例えばアルミナ、酸化インジウム、酸化錫、酸化
鉛、酸化タンタル、酸化ニオブ、シリカ等がある。もち
ろん、電導体層の酸化物以外の絶縁体を用いてもよく、
半導体でもよい。これらの各層は、例えば、真空蒸着
法、スパッタリング法、気相生長法等の方法により形成
される一例を挙げると、超格子層又はフォノンフォーカ
ス層の表面に超電導材料の薄膜を前記方法により形成さ
せ、ついで装置内に酸素ガスを導入して超電導材料薄膜
の表面を酸化させて金属酸化物のバリヤを形成し、その
上にさらに超電動材料をの薄膜を前記方法により形成さ
せることにより超電導トンネル接合体が形成される。超
格子層は、フォノンを反射するための薄膜で、その膜厚
は0.1〜3.0μｍ、好ましくは0.2〜0.5μｍである。この
超格子層は複数種類の金属、絶縁体または半導体材料の
薄膜を複数層積層してなるものである。金属材料として
は、銅、アルミニウム等があり、また半導体材料として
は、ケイ素、GaAs、Al0.5Ga0.5As,PGaAs、PAlGaAs等が
ある。また、基板は金属、絶縁体、半導体材料により形
成される。フォノンフォーカス層は、前記超格子層の少
なくとも片面側にフォノンの伝搬方向を揃えるために形
成されるものである。
実施例１ 第１図に示すように基板２として厚さ約200μｍのGaA
s（111）ウエハ上に、膜厚約7.5nmのAl0.5Ga0.5As層と
膜厚約7.5nmのGaAs層とを交互に51層MBE法によりエピタ
キシャル成長させて超格子層３を形成させた。ついで、
この超格子層３上に膜厚5000Åのアルミニウム膜６を真
空蒸着させたのち、真空蒸着装置中に酸素ガスを導入し
て該アルミニウム表面を酸化させて膜厚20〜30Åのアル
ミナのトンネルバリヤ７を形成させ、さらにその上に膜
厚5000Åのアルミニウム膜５を真空蒸着させて放射線検
出素子１を得た。
s（111）ウエハ上に、膜厚約7.5nmのAl0.5Ga0.5As層と
膜厚約7.5nmのGaAs層とを交互に51層MBE法によりエピタ
キシャル成長させて超格子層３を形成させた。ついで、
この超格子層３上に膜厚5000Åのアルミニウム膜６を真
空蒸着させたのち、真空蒸着装置中に酸素ガスを導入し
て該アルミニウム表面を酸化させて膜厚20〜30Åのアル
ミナのトンネルバリヤ７を形成させ、さらにその上に膜
厚5000Åのアルミニウム膜５を真空蒸着させて放射線検
出素子１を得た。
このようにして得られた放射線検出素子１の超電導ト
ンネル接合に約20ガウスの磁場をけてDCジョセフソン電
流が流れないようにして超電導オンネル接合にトンネル
電流を流しておき、超電導トンネル接合上に設置されて
いるコリメーターを通して超電導トンネル接合の中心部
にのみ約5MeVのα線を照射して、接合両端の電圧変化を
電極8,9より信号として取出した。得られたエネルギー
分解能は６％であった。なお、本実施例におけるGaAs
（111）ウエハは、基板であると同時に超格子層の基板
側に設けたフォノンフォーカス層を役割も果たしてい
る。
ンネル接合に約20ガウスの磁場をけてDCジョセフソン電
流が流れないようにして超電導オンネル接合にトンネル
電流を流しておき、超電導トンネル接合上に設置されて
いるコリメーターを通して超電導トンネル接合の中心部
にのみ約5MeVのα線を照射して、接合両端の電圧変化を
電極8,9より信号として取出した。得られたエネルギー
分解能は６％であった。なお、本実施例におけるGaAs
（111）ウエハは、基板であると同時に超格子層の基板
側に設けたフォノンフォーカス層を役割も果たしてい
る。
実施例２ 第２図に示す基板12としての厚さ約200μｍのGaAs（1
11）ウェハ上に、膜厚約7.5nmのAl0.5Ga0.5Asと膜厚約
7.5nmのGaAs層とを交互に51層MBE法によりエピタキシャ
ル成長させて超格子層13を形成させ、さらにその上に膜
厚約１μｍのGaAs層をエピタキシャル成長させてフォノ
ンフォーカス層20を形成させた。ついで、このフォノン
フォーカス層20上に膜厚5000Åのアルミニウム膜16を真
空蒸着したのち、真空蒸着装置中に酸素ガスを導入して
該アルミニウム表面を酸化させて膜厚20〜30Åのアルミ
ナのトンネルバリヤ17を形成させ、さらにその上に膜厚
5000Åのアルミニウム膜15を真空蒸着させて放射線検出
素子11を得た。
11）ウェハ上に、膜厚約7.5nmのAl0.5Ga0.5Asと膜厚約
7.5nmのGaAs層とを交互に51層MBE法によりエピタキシャ
ル成長させて超格子層13を形成させ、さらにその上に膜
厚約１μｍのGaAs層をエピタキシャル成長させてフォノ
ンフォーカス層20を形成させた。ついで、このフォノン
フォーカス層20上に膜厚5000Åのアルミニウム膜16を真
空蒸着したのち、真空蒸着装置中に酸素ガスを導入して
該アルミニウム表面を酸化させて膜厚20〜30Åのアルミ
ナのトンネルバリヤ17を形成させ、さらにその上に膜厚
5000Åのアルミニウム膜15を真空蒸着させて放射線検出
素子11を得た。
このようにして得られた放射線検出素子11について、
実施例１と同様な試験を行なったところ、得れたエネル
ギー分解能は５％であった。
実施例１と同様な試験を行なったところ、得れたエネル
ギー分解能は５％であった。
比較例 実施例１において超格子層を設けなかった以外は同様
な方法で放射線検出素子を得た。このようにして得られ
た放射線検出素子について実施例１と同様な試験を行な
ったところ、得られたエネルギー分解能は８％であっ
た。また、真の信号より小さい偽の信号は、実施例１や
実施例２と比較して２倍以上であった。
な方法で放射線検出素子を得た。このようにして得られ
た放射線検出素子について実施例１と同様な試験を行な
ったところ、得られたエネルギー分解能は８％であっ
た。また、真の信号より小さい偽の信号は、実施例１や
実施例２と比較して２倍以上であった。
（発明の効果） 以上述べたように、本発明による放射線検出素子は、
超電導トンネル接合体と基板との間あるいはいずれかの
内部にフォノンを反射するための少なくとも１層の超格
子を設けてなるものであるから、超格子の作用により放
射線によって超電導トンネル接合内で生じたΩ≧２Δの
フォノンの基板への逃げだし抑制し、かつもはや過剰準
粒子を作り出すのに寄与しないΩ＜２Δのフォノンを効
率的に基板に逃してしまうと同時に基板から超電導トン
ネル接合へのΩ≧２Δのフォノンの入り込みを抑制する
ことができるのである。したがって、放射線に対する成
度が高くなると同時に信号は、長い尾を引くことなく、
また信号の重なりや超電導トンネル接合の放射線による
昇温は小さく、かつ放射線によって音板に発生したフォ
ノンによる偽の信号が抑制される。
超電導トンネル接合体と基板との間あるいはいずれかの
内部にフォノンを反射するための少なくとも１層の超格
子を設けてなるものであるから、超格子の作用により放
射線によって超電導トンネル接合内で生じたΩ≧２Δの
フォノンの基板への逃げだし抑制し、かつもはや過剰準
粒子を作り出すのに寄与しないΩ＜２Δのフォノンを効
率的に基板に逃してしまうと同時に基板から超電導トン
ネル接合へのΩ≧２Δのフォノンの入り込みを抑制する
ことができるのである。したがって、放射線に対する成
度が高くなると同時に信号は、長い尾を引くことなく、
また信号の重なりや超電導トンネル接合の放射線による
昇温は小さく、かつ放射線によって音板に発生したフォ
ノンによる偽の信号が抑制される。
また、前記超格子層の少なくとも片面側のフォノンフ
ォーカス層を設けることによりフォノンの伝搬方向が揃
うという利点がある。
ォーカス層を設けることによりフォノンの伝搬方向が揃
うという利点がある。
第１〜２図は、本発明による放射線検出素子の各実施例
を説明するための概念的断面図である。 1,11……放射線検出素子 2,12……基板、3,13……超格子層、 4,14……超電導トンネル接合体、 20……フォノンフォーカス層。
を説明するための概念的断面図である。 1,11……放射線検出素子 2,12……基板、3,13……超格子層、 4,14……超電導トンネル接合体、 20……フォノンフォーカス層。
Claims (4)
- 【請求項１】超電導トンネル接合体と基板との間あるい
はいずれかの内部に少なくとも１層の超格子層を設け、 該超格子層が、音響学的インピーダンスの異なる少なく
とも２種類の物質が交互に積層された構造を有し、 該積層の周期が、前記超電導トンネル接合体内で生じた
前記超電導トンネルを接合体を構成する超電導体のエネ
ルギーギャップの大きさに相当するエネルギーを持つフ
ォノンの波長の半分の値以下とし、前記超電導トンネル
接合体に放射線が当たって励起された電子の再結合フォ
ノンが前記基板に散逸しないようにしたことを特徴とす
る超電導トンネル接合を用いた放射線検出素子。 - 【請求項２】前記超格子層の少なくとも片側にフォノン
の伝搬方向を揃えるためのフォノンフォーカス層を設け
てなる特許請求の範囲第１項に記載の放射線検出素子。 - 【請求項３】前記フォノンフォーカス層が前記超格子層
の前記超電導トンネル接合体側に設けられてなる特許請
求の範囲第２項に記載の放射線検出素子。 - 【請求項４】前記フォノンフォーカス層が、前記超格子
層の前記基板側に設けられてなる特許請求の範囲第２項
に記載の放射線検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62169853A JP2616926B2 (ja) | 1987-07-09 | 1987-07-09 | 放射線検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62169853A JP2616926B2 (ja) | 1987-07-09 | 1987-07-09 | 放射線検出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6415687A JPS6415687A (en) | 1989-01-19 |
| JP2616926B2 true JP2616926B2 (ja) | 1997-06-04 |
Family
ID=15894149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62169853A Expired - Lifetime JP2616926B2 (ja) | 1987-07-09 | 1987-07-09 | 放射線検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2616926B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5917195A (en) * | 1995-02-17 | 1999-06-29 | B.A. Painter, Iii | Phonon resonator and method for its production |
| US6574261B2 (en) | 1998-08-27 | 2003-06-03 | Nec Corporation | Distributed feedback semiconductor laser |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61271487A (ja) * | 1985-05-27 | 1986-12-01 | Masahiko Kurakado | 超伝導トンネル接合を用いた放射線および光入射位置検出器 |
-
1987
- 1987-07-09 JP JP62169853A patent/JP2616926B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，Ｖｏｌ ＭＡＧ−２３，Ｎｏ．２，ＰＰ．４６９−４７２ |
| Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．２７，ＰＰ．２０１２−２０１６ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6415687A (en) | 1989-01-19 |
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