JP2759508B2 - 光検出器 - Google Patents
光検出器Info
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- JP2759508B2 JP2759508B2 JP1192529A JP19252989A JP2759508B2 JP 2759508 B2 JP2759508 B2 JP 2759508B2 JP 1192529 A JP1192529 A JP 1192529A JP 19252989 A JP19252989 A JP 19252989A JP 2759508 B2 JP2759508 B2 JP 2759508B2
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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、光を電気信号に変換し、超伝導体の電気特
性を利用して信号の検出を行う光検出器に関する。
性を利用して信号の検出を行う光検出器に関する。
［従来の技術］ 従来の超伝導体を用いた信号検出器、特に光信号を検
出する検出器としては、超伝導体を利用したものが知ら
れている［Japanese Journal of Applied Physics vol.
23 L333 （1984）］。この光信号検出器は、第４図に示
すように、酸化物超伝導体BaPb0．7Bi0．3O3（BPBO）薄
膜でマイクロブリッジ型ジョセフソン接合を形成し、こ
の接合部に光を照射し、ジョセフソン接合の臨界電流値
の変化を利用するものである。かかる検出器において
は、受光部の材料としてBPBOを用いており、これは臨界
温度が約13Kと低い。すなわち、検出器を動作させるに
は、液体ヘリウム等を使用しなければならない。また、
かかる検出器の特性は、ジョセフソン接合の特性によっ
て決定される。
出する検出器としては、超伝導体を利用したものが知ら
れている［Japanese Journal of Applied Physics vol.
23 L333 （1984）］。この光信号検出器は、第４図に示
すように、酸化物超伝導体BaPb0．7Bi0．3O3（BPBO）薄
膜でマイクロブリッジ型ジョセフソン接合を形成し、こ
の接合部に光を照射し、ジョセフソン接合の臨界電流値
の変化を利用するものである。かかる検出器において
は、受光部の材料としてBPBOを用いており、これは臨界
温度が約13Kと低い。すなわち、検出器を動作させるに
は、液体ヘリウム等を使用しなければならない。また、
かかる検出器の特性は、ジョセフソン接合の特性によっ
て決定される。
［発明が解決しようとする課題］ 上記従来例においては、例えばイメージセンサーのよ
うに同時に多数の検出器を使用するとき、加工のバラツ
キ等に起因する検出器間の特性のバラツキを補正しにく
いという問題がある。
うに同時に多数の検出器を使用するとき、加工のバラツ
キ等に起因する検出器間の特性のバラツキを補正しにく
いという問題がある。
また、超伝導体の分光特性により、検出する光の波長
域も限定されるため、広範囲の波長帯域の信号検出に適
していないという問題もある。
域も限定されるため、広範囲の波長帯域の信号検出に適
していないという問題もある。
さらには、接合部への光照射において、その領域が非
常に限定されるため、位置合せの精度を要するという問
題もある。
常に限定されるため、位置合せの精度を要するという問
題もある。
また、ジョセフソン接合部は、磁場の変化に非常に敏
感であり、例えばイメージセンサーのように同時に複数
の検出器を使用する際に、他の部分を流れる電流により
発生する磁場の影響を受けるため、光検出特性が変化
し、集積化が難しいという問題もある。
感であり、例えばイメージセンサーのように同時に複数
の検出器を使用する際に、他の部分を流れる電流により
発生する磁場の影響を受けるため、光検出特性が変化
し、集積化が難しいという問題もある。
また、光の入力により生じた電流により発生した磁場
が、外部に漏れてしまうため、有効に利用されておらず
検出効率も低いという問題もある。
が、外部に漏れてしまうため、有効に利用されておらず
検出効率も低いという問題もある。
すなわち、本発明の目的とするところは、超伝導物質
の電気特性及び磁気特性を利用することにより、上述の
ような問題点を解決した光検出器を提供することにあ
る。
の電気特性及び磁気特性を利用することにより、上述の
ような問題点を解決した光検出器を提供することにあ
る。
［課題を解決するための手段］ 本発明の特徴とするところは、光信号の入力により電
流を生じる光入力部と、該発生電流を注入することによ
って光信号を検出する超伝導体を用いた信号検出器と、
該発生電流を該超伝導体に注入するための電流注入用電
極と、該電流注入用電極上を覆うようにして設けられ前
記発生電流によって生じる磁場をマイスナー効果により
閉じ込める磁場閉じ込め用超伝導体とを少なくとも有す
る光検出器にある。
流を生じる光入力部と、該発生電流を注入することによ
って光信号を検出する超伝導体を用いた信号検出器と、
該発生電流を該超伝導体に注入するための電流注入用電
極と、該電流注入用電極上を覆うようにして設けられ前
記発生電流によって生じる磁場をマイスナー効果により
閉じ込める磁場閉じ込め用超伝導体とを少なくとも有す
る光検出器にある。
また、前記光入力部として、光伝導性材料を用いた光
検出器をも特徴とするものである。
検出器をも特徴とするものである。
ここで、本発明を達成するために用いられる超伝導体
としては、単結晶又は多結晶から成る超伝導特性を有す
る材料であれば何でも良い。尚、検出器をより高い温度
で動作させるためには、臨界温度の高い材料が好まし
い。この点でY-Ba-Cu-O系、Bi-Sr-Ca-Cu-O系、Tl-Sr-Ca
-Cu-O系セラミックス材料のような液体窒素の沸点であ
る77Kより高い臨界温度を持つ物質が適している。
としては、単結晶又は多結晶から成る超伝導特性を有す
る材料であれば何でも良い。尚、検出器をより高い温度
で動作させるためには、臨界温度の高い材料が好まし
い。この点でY-Ba-Cu-O系、Bi-Sr-Ca-Cu-O系、Tl-Sr-Ca
-Cu-O系セラミックス材料のような液体窒素の沸点であ
る77Kより高い臨界温度を持つ物質が適している。
また、信号検出部に用いる超伝導材料と磁場の閉じ込
めに用いる超伝導材料は、同じものでも異ったものでも
よい。ただし、磁場の閉じ込めに用いる超伝導材料は、
発生する磁場より大きな臨界磁場を持つ材料でなければ
ならない。
めに用いる超伝導材料は、同じものでも異ったものでも
よい。ただし、磁場の閉じ込めに用いる超伝導材料は、
発生する磁場より大きな臨界磁場を持つ材料でなければ
ならない。
さらに、信号検出部は、マイクロブリッジ型,SIS型等
のジョセフソン接合、あるいは単なる超伝導体等電流注
入によりその特性が変化するものであれば形式，方法を
問わない。
のジョセフソン接合、あるいは単なる超伝導体等電流注
入によりその特性が変化するものであれば形式，方法を
問わない。
一方、検出器の動作温度は、使用する超伝導体の臨界
温度より低い温度であれば良いが、入力信号の検出感度
を上げるためにも臨界温度に近い温度の方がより好まし
い。
温度より低い温度であれば良いが、入力信号の検出感度
を上げるためにも臨界温度に近い温度の方がより好まし
い。
また、光入力部に用いる材料としては、赤外，可視，
紫外光のような光信号に対応できるものであれば何でも
よいが、とりわけ光伝導性材料が好ましい。
紫外光のような光信号に対応できるものであれば何でも
よいが、とりわけ光伝導性材料が好ましい。
特に、大きな光電流を生じる材料としては、InSb,Si,
GaAs,a-Si,CdS,CdSe等が好ましい。
GaAs,a-Si,CdS,CdSe等が好ましい。
尚、かかる電流を得るには上記光導電効果によるもの
に限らず、光起電力効果，デンバー効果等、電流発生の
可能なものならば何でも良い。
に限らず、光起電力効果，デンバー効果等、電流発生の
可能なものならば何でも良い。
ここで、光起電力を発生する材料としては、Si,a-Si
等のPN接合、あるいはショットキー接合等がある。
等のPN接合、あるいはショットキー接合等がある。
［作用］ 例えば、光伝導性材料より成る光入力部に光を照射す
ると、価電子帯の電子は励起され伝導帯に遷移する。こ
の伝導帯中で励起された電子が印加された電場（不図
示）により移動することで光電流が生じる。
ると、価電子帯の電子は励起され伝導帯に遷移する。こ
の伝導帯中で励起された電子が印加された電場（不図
示）により移動することで光電流が生じる。
一方、超伝導物質中に電柱が流れると、ある一定値ま
で電圧は発生しないが、臨界電流値を越えると超伝導状
態がこわれ電圧が発生する。また、かかる臨界電流値
は、磁場の印加によって低下する。
で電圧は発生しないが、臨界電流値を越えると超伝導状
態がこわれ電圧が発生する。また、かかる臨界電流値
は、磁場の印加によって低下する。
本発明は、このような物理的現象を利用するものであ
る。すなわち、超伝導体の両端に臨界電流より若干少な
いバイアス電流を流しておく。この電流にさらに、例え
ば光導電効果により得られた電流を加えてやると、合計
した電流値が超伝導臨界電流より大きくなれば超伝導が
こわれ、超伝導体両端に電圧が発生することになる。
る。すなわち、超伝導体の両端に臨界電流より若干少な
いバイアス電流を流しておく。この電流にさらに、例え
ば光導電効果により得られた電流を加えてやると、合計
した電流値が超伝導臨界電流より大きくなれば超伝導が
こわれ、超伝導体両端に電圧が発生することになる。
すなわち、上記発生した電圧を検出することにより、
入力信号を検出することができることになる。
入力信号を検出することができることになる。
この際、前記検出部用超伝導体とは別個に電流注入用
電極上部を覆うようにして設けた超伝導層が、マイスナ
ー効果の起こっている状態にあることによって、かかる
部位に発生した磁場が外部に漏れたり、あるいは、各々
の検出器が相互に影響を及ぼし合う、といったことが抑
制されることとなる。
電極上部を覆うようにして設けた超伝導層が、マイスナ
ー効果の起こっている状態にあることによって、かかる
部位に発生した磁場が外部に漏れたり、あるいは、各々
の検出器が相互に影響を及ぼし合う、といったことが抑
制されることとなる。
このことは、すなわち検出器の検出効率の向上に継が
り、また、複数の検出器を同時に使用することが可能と
なる。
り、また、複数の検出器を同時に使用することが可能と
なる。
［実施例］ 以下、実施例により本発明を詳述する。
実施例１ 第１図に、本発明による一実施例の概念図、及び製造
工程の上面図を示す。
工程の上面図を示す。
先ず、第１図（ａ）に示すように、MgO基板１上にマ
グネトロンスパッタ法を用いてY1Ba2Cu3O7-x（０≦ｘ≦
0.5）超伝導薄膜を5000Å堆積し、フォトリソグラフィ
ーにより幅20μｍ、長さ1mmの帯状にパターニングを行
い、信号検出部となる超伝導電極２を形成した。次に、
MgO基板上前記電極とは別の部位に、CdS薄膜を0.8mm×
0.8mmの大きさに１μｍ成膜し、光入力部３を形成し
た。さらに、イオンビームスパッタ法によりPt薄膜を蒸
着し、電圧検出用電極4,5、電流注入用電極6,7,8及びく
し型電極9,10を形成した。次に、第１図（ｂ）に示すよ
うに、電流注入用電極6,7,8上に、マグネトロンスパッ
タ法を用いてMgO薄膜を8000Å堆積し、絶縁層11,12,13
を形成した。さらに、その上に磁場閉じ込め用超伝導層
14,15,16を超伝導電極２と同様に形成した。
グネトロンスパッタ法を用いてY1Ba2Cu3O7-x（０≦ｘ≦
0.5）超伝導薄膜を5000Å堆積し、フォトリソグラフィ
ーにより幅20μｍ、長さ1mmの帯状にパターニングを行
い、信号検出部となる超伝導電極２を形成した。次に、
MgO基板上前記電極とは別の部位に、CdS薄膜を0.8mm×
0.8mmの大きさに１μｍ成膜し、光入力部３を形成し
た。さらに、イオンビームスパッタ法によりPt薄膜を蒸
着し、電圧検出用電極4,5、電流注入用電極6,7,8及びく
し型電極9,10を形成した。次に、第１図（ｂ）に示すよ
うに、電流注入用電極6,7,8上に、マグネトロンスパッ
タ法を用いてMgO薄膜を8000Å堆積し、絶縁層11,12,13
を形成した。さらに、その上に磁場閉じ込め用超伝導層
14,15,16を超伝導電極２と同様に形成した。
このようにして作製した検出器では、全ての超伝導体
部は82Kで超伝導状態となった。かかる光検出器を液体
窒素中に浸して77Kまで冷却した。
部は82Kで超伝導状態となった。かかる光検出器を液体
窒素中に浸して77Kまで冷却した。
ここで、光入力部３に光を照射しない状態で、電流注
入用電極7,8間に10Vの電圧を印加したところ、電圧検出
用電極4,5間に電圧は発生しなかった。一方、光入力部
３にHe-Ne、レーザー5mWを照射したところ、超伝導電極
２に流れた電流値が臨界電流値を超えて超伝導状態がこ
われ、10mVの電圧が発生し光を検出することができた。
入用電極7,8間に10Vの電圧を印加したところ、電圧検出
用電極4,5間に電圧は発生しなかった。一方、光入力部
３にHe-Ne、レーザー5mWを照射したところ、超伝導電極
２に流れた電流値が臨界電流値を超えて超伝導状態がこ
われ、10mVの電圧が発生し光を検出することができた。
比較例１ 次に、比較例として、実施例１と同仕様で絶縁層11,1
2,13及び磁場閉じ込め用超伝導層14,15,16のみを設けな
い検出器を作製し、同様の実験を行ったところ、実施例
１と比較して５〜50％検出効率が低かった。
2,13及び磁場閉じ込め用超伝導層14,15,16のみを設けな
い検出器を作製し、同様の実験を行ったところ、実施例
１と比較して５〜50％検出効率が低かった。
すなわち、本発明により、光の検出効率を向上させる
ことができることを意味している。
ことができることを意味している。
実施例２ 第２図に、本発明の第２の実施例の概略を示す。本実
施例では、実施例１と同仕様の検出器２個を、かかる検
出器の両超伝導電極２の長手方向間隔が10μｍとなるよ
う、非常に近接して作製した。
施例では、実施例１と同仕様の検出器２個を、かかる検
出器の両超伝導電極２の長手方向間隔が10μｍとなるよ
う、非常に近接して作製した。
この２個の検出器のうち、片方の光入力部のみに実施
例１と同様の光を照射したところ、照射した方の光検出
器では、実施例１と同様の検出結果が得られたが、他方
の光検出器には、全く変化がみられなかった。
例１と同様の光を照射したところ、照射した方の光検出
器では、実施例１と同様の検出結果が得られたが、他方
の光検出器には、全く変化がみられなかった。
比較例２ 次に、比較例として、実施例２と同仕様で各々の検出
器ともに絶縁層11,12,13及び磁場閉じ込め用超伝導層1
4,15,16のみを設けない検出器を作製し、実施例２と同
様の実験を行ったところ、光照射によって、照射した方
の検出器だけでなく、照射しなかった方の検出器でも１
〜５％の臨界電流の低下がみられた。
器ともに絶縁層11,12,13及び磁場閉じ込め用超伝導層1
4,15,16のみを設けない検出器を作製し、実施例２と同
様の実験を行ったところ、光照射によって、照射した方
の検出器だけでなく、照射しなかった方の検出器でも１
〜５％の臨界電流の低下がみられた。
すなわち、本発明により、近接した複数の検出器間
で、互いに干渉することなく光が検出できることを意味
するものである。
で、互いに干渉することなく光が検出できることを意味
するものである。
実施例３ 本発明の第３の実施例に係る検出器の概略図及び製造
工程図を、第３図に示す。
工程図を、第３図に示す。
先ず、第３図（ａ）に示すように、ドープしないSi基
板１上にMgO薄膜をにマグネトロンスパッタ法で8000Å
堆積し、絶縁層17を形成した。次に、クラスターイオン
ビーム蒸着法によりY1Ba2Cu3O7-x（０≦ｘ≦0.5）超伝
導薄膜を5000Å堆積し、実施例１と同様の形状にパター
ニングし、信号検出部である超伝導電極２を形成した。
次に、その上に実施例１と同様に電圧検出用電極4,5、
電流注入用電極6,7,8（電極８は電極２の上に）及びく
し型電極9,10を形成した。ただし、ここでくし型電極9,
10は、光伝導性をもつSi基板上に直接形成し、光入力部
とした。次に、第３図（ｂ）に示すように、実施例１と
同様に電極6,8上に、MgO絶縁層11,12、さらにその上に
磁場閉じ込め用超伝導層14,15を形成した。
板１上にMgO薄膜をにマグネトロンスパッタ法で8000Å
堆積し、絶縁層17を形成した。次に、クラスターイオン
ビーム蒸着法によりY1Ba2Cu3O7-x（０≦ｘ≦0.5）超伝
導薄膜を5000Å堆積し、実施例１と同様の形状にパター
ニングし、信号検出部である超伝導電極２を形成した。
次に、その上に実施例１と同様に電圧検出用電極4,5、
電流注入用電極6,7,8（電極８は電極２の上に）及びく
し型電極9,10を形成した。ただし、ここでくし型電極9,
10は、光伝導性をもつSi基板上に直接形成し、光入力部
とした。次に、第３図（ｂ）に示すように、実施例１と
同様に電極6,8上に、MgO絶縁層11,12、さらにその上に
磁場閉じ込め用超伝導層14,15を形成した。
このようにして作製した検出器においても、実施例１
と同様の光検出効果が確認された。
と同様の光検出効果が確認された。
［発明の効果］ 以上述べたよゆに、光信号の入力部に生じた電流を超
伝導体に注入して、かかる超伝導物質の電流−電圧特性
の変化を利用して信号を検出する本発明の光検出器によ
れば、 （１）．従来（例えばジョセフソン接合の接合部に光を
照射するといった場合）に比べ、光信号と検出部の位置
合せが容易、すなわち、必要とする任意の大きさの光入
力部に信号を入力することが可能となる。
伝導体に注入して、かかる超伝導物質の電流−電圧特性
の変化を利用して信号を検出する本発明の光検出器によ
れば、 （１）．従来（例えばジョセフソン接合の接合部に光を
照射するといった場合）に比べ、光信号と検出部の位置
合せが容易、すなわち、必要とする任意の大きさの光入
力部に信号を入力することが可能となる。
（２）．光入力部の材料を適宜選択することにより、従
来に比べ広範囲の波長帯域の信号検出が可能となる。
来に比べ広範囲の波長帯域の信号検出が可能となる。
（３）．従来（例えばジョセフソン接合においては、検
出特性が接合特性で決定され、マルチ構成とした場合に
は素子としての特性のバラツキが大きい）に比べ、超伝
導体として単純細胞線形状のものを用いることができる
ため、加工精度，再現性，信頼性等が向上し、特性のバ
ラツキが小さくなる。
出特性が接合特性で決定され、マルチ構成とした場合に
は素子としての特性のバラツキが大きい）に比べ、超伝
導体として単純細胞線形状のものを用いることができる
ため、加工精度，再現性，信頼性等が向上し、特性のバ
ラツキが小さくなる。
（４）．光入力により発生した電流により生じた磁場を
超伝導体のマイスナー効果を用いて閉じ込めることによ
り、検出感度を上げることができ、かつ検出器間で相互
に影響し合うことがなくなり、集積化が可能となり、検
出効率を向上することができる。
超伝導体のマイスナー効果を用いて閉じ込めることによ
り、検出感度を上げることができ、かつ検出器間で相互
に影響し合うことがなくなり、集積化が可能となり、検
出効率を向上することができる。
といったような効果がある。
第１図は、本発明の第１の実施例による検出器の概略図
及び製造工程図を示す。第２図は、本発明の第２の実施
例による検出器の概略図を示す。第３図は、本発明の第
３の実施例による検出器の概略図及び製造工程図を示
す。第４図は、従来例の光検出器の概略構成斜視図を示
す。 １…基板、２…超伝導電極（信号検出部） ３…光入力部、4,5…電圧検出用電極 6,7,8…電流注入用電極 9,10…くし型電極 11,12,13,17…絶縁層 14,15,16…磁場閉じ込め用超伝導層
及び製造工程図を示す。第２図は、本発明の第２の実施
例による検出器の概略図を示す。第３図は、本発明の第
３の実施例による検出器の概略図及び製造工程図を示
す。第４図は、従来例の光検出器の概略構成斜視図を示
す。 １…基板、２…超伝導電極（信号検出部） ３…光入力部、4,5…電圧検出用電極 6,7,8…電流注入用電極 9,10…くし型電極 11,12,13,17…絶縁層 14,15,16…磁場閉じ込め用超伝導層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新庄 克彦 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 金子 典夫 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】光信号の入力により電流を生じる光入力部
と、該発生電流を注入することによって光信号を検出す
る超伝導体を用いた信号検出部と、該発生電流を該超伝
導体に注入するための電流注入用電極と、該電流注入用
電極上を覆うようにして設けられ前記発生電流によって
生じる磁場をマイスナー効果により閉じ込める磁場閉じ
込め用超伝導体とを少なくとも有することを特徴とする
光検出器。 - 【請求項２】前記光入力部として、光伝導性材料を用い
たことを特徴とする請求項１記載の光検出器。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1192529A JP2759508B2 (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 光検出器 |
| EP93203066A EP0590738B1 (en) | 1989-07-05 | 1990-07-04 | Light detecting device and light detecting method using a superconductor |
| DE69009109T DE69009109T2 (de) | 1989-07-05 | 1990-07-04 | Vorrichtung und Verfahren zur Lichtmessung. |
| DE69031501T DE69031501T2 (de) | 1989-07-05 | 1990-07-04 | Vorrichtung und Verfahren zur Lichtmessung unter Verwendung eines Supraleiters |
| EP90307302A EP0407166B1 (en) | 1989-07-05 | 1990-07-04 | Light detecting device and light detection method |
| US07/548,212 US5155093A (en) | 1989-07-05 | 1990-07-05 | Light detecting device and light detecting method using a superconnector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1192529A JP2759508B2 (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 光検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0357926A JPH0357926A (ja) | 1991-03-13 |
| JP2759508B2 true JP2759508B2 (ja) | 1998-05-28 |
Family
ID=16292800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1192529A Expired - Fee Related JP2759508B2 (ja) | 1989-07-05 | 1989-07-27 | 光検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2759508B2 (ja) |
-
1989
- 1989-07-27 JP JP1192529A patent/JP2759508B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0357926A (ja) | 1991-03-13 |
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