JP7066554B2 - 超伝導ストリップ、粒子検出装置および粒子検出方法 - Google Patents
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Description
一実施形態の粒子検出方法は、上記粒子検出装置を用いる。前記粒子検出方法は、前記超伝導ストリップを超伝導状態にする工程と、前記超伝導ストリップにバイアス電流を供給する工程と、試料を透過した粒子を前記超伝導ストリップに照射させ、超伝導領域を分断状態にする工程と、前記分断状態から前記粒子を検出する工程とを具備する
図1は、第1の実施形態に係る粒子検出装置の概略構成を示す斜視図である。本実施形態では、粒子の一例であるX線光子を検出する粒子検出装置について説明する。
本実施形態の粒子検出装置は、超伝導材料からなる複数の超伝導ストリップ1を備えている。各超伝導ストリップ1は蛇行構造を有している。超伝導ストリップ1は、蛇行構造を構成する、第1部位11、第2部位12、第3部位13、第4部位14、第5部位15、第6部位16および第7部位17を含む。第1部位11にX線光子が照射されると、第1部位11、第3部位13、第5部位15または第7部位17の超伝導領域が分断される状態が生じる。図1では、第1部位11~第7部位17は直方体の形状を有するが、他の形状でも構わない。以下、第1部位11~第7部位17についてさらに説明する。
第5部位15は第4部位14に接続し、第4部位14から第1方向D1に延在する。第6部位16は第5部位15に接続し、第2方向D2に延在する。第7部位17は第6部位16に接続し、第6部位16から第1方向D1とは逆の方向に延在する。
第1部位11、第3部位13、第5部位13および第7部位17の第1方向D1の寸法は、第2部位12、第4部位14および第6部位16の第2方向D2の寸法よりも大きい。また、第1部位11~第7部位17の第3方向D3の寸法は同じである。
なお、図1には5個の超伝導ストリップ1が示されているが、2個、3個、4個または6個以上の超伝導ストリップ1を用いても構わない。
基板表面2より内部側では複数の超伝導ストリップ1の間は絶縁体(不図示)で埋められている。当該絶縁体は、二酸化ケイ素のようにX線に対する透過率が非常に高いものが望ましい。
超伝導状態の第1超伝導ストリップ11にX線光子が照射されると、当該X線光子は第1超伝導ストリップ11にて吸収されるか、または、第1超伝導ストリップ11を透過する。X線光子が第1超伝導ストリップ11を透過した場合、下層の第3超伝導ストリップ13、第5超伝導ストリップ15または第7超伝導ストリップ17に照射されて吸収される。X線光子が吸収された超伝導ストリップの超伝導領域は分断する。そのため、超伝導ストリップの超伝導領域が分断した状態(分断状態)を検出することは、X線光子を検出することに対応する。ここで、分断状態が発生すると、当該X線光子が吸収された超伝導ストリップは電気信号(例えばパルス状の電気信号)を発生する。したがって、計測器33により電気信号を検出することで、X線光子を検出することができる。
超伝導ストリップ1は超伝導状態を維持するため任意の冷凍機(不図示)によって転移温度以下に冷却される。冷凍機は、電流源31や増幅器32などと同様に粒子検出装置に含まれていなくても構わない。
図1に示すように、X線発生装置23とスリット部21との間に試料24(例えば、半導体デバイス)を配置する(ステップS1)。次に、超伝導ストリップ1を冷凍機により冷却した超伝導状態する(ステップS2)。次に、超伝導ストリップ1にバイアス電流Ibを流し(ステップS3)、この状態でX線発生装置23から発生したX線22を試料24に照射し(ステップS4)、試料24を透過したX線22のX線光子をスリット20を介して超伝導ストリップ1に入射させる(ステップS5)。基板表面2は、通常、X線発生装置23から発生した主たるX線の入射方向に垂直である。バイアス電流Ibは超伝導ストリップ1の超伝導状態を維持する臨界電流をわずかに下回る程度とする。
図4は、第2の実施形態に係る粒子検出装置の概略構成を示す斜視図である。なお、図4では、簡略化のため、超伝導ストリップ1の数は5とし、そして、試料およびX線光源は省略してある。
本実施形態の粒子検出装置では、第3方向D3に隣接する二つの超伝導ストリップ1は、第2方向D2に関して重なっている。言い換えれば、複数の超伝導ストリップ1を上から見ると、隣接する超伝導ストリップ1の間には隙間がない。これによりX線光子の検出効率のさらなる向上を図れる。なお、隣接する二つの超伝導ストリップ1は接触しない。
また、上述した実施形態の粒子検出装置はX線光子数の1次元プロファイルを取得するために複数の超伝導ストリップを用いているが、粒子検出装置の用途によっては超伝導ストリップの数は一つの場合もある。
Claims (18)
- 粒子を検出するための画素として用いられ、蛇行構造を具備する超伝導ストリップであって、
前記蛇行構造は、
第1方向に延在し、超伝導材料からなる第1部位と、
前記第1部位に接続し、前記第1方向と垂直な第2方向に延在し、導電性を有する第2部位と、
前記第2部位に接続し、前記第1方向とは逆の方向に延在し超伝導材料からなる第3部位とを具備し、
前記粒子が前記第1部位に照射されると前記第1部位または前記第3部位の超伝導領域が分断される状態が生じる超伝導ストリップ。 - 前記超伝導ストリップは複数である請求項1に記載の超伝導ストリップ。
- 前記複数の超伝導ストリップは、互いに接触せずに前記第1方向および前記第2方向に垂直な第3方向に配置され、かつ、前記複数の超伝導ストリップのうち隣接する二つの超伝導ストリップは前記第2方向の方向に関して重なっていない請求項2に記載の超伝導ストリップ。
- 前記複数の超伝導ストリップは、互いに接触せずに前記第1方向および前記第2方向に垂直な第3方向に配置され、かつ、前記複数の超伝導ストリップのうち隣接する二つの超伝導ストリップは前記第2方向の方向に関して重なっている請求項2に記載の超伝導ストリップ。
- 前記第3部位に接続し、前記第2方向に延在し、導電性を有する第4部位と、
前記第4部位に接続し、前記第1方向に延在する第5部位とをさらに具備する請求項1または2に記載の超伝導ストリップ。 - 前記第3部位に接続し、前記第2方向に延在し、導電性を有する第4部位と、
前記第4部位に接続し、前記第1方向に延在する第5部位とをさらに具備する請求項3または4に記載の超伝導ストリップ。 - 前記第1部位、前記第2部位、前記第3部位、前記第4部位および前記第5部位は、前記蛇行構造を構成する請求項5または6に記載の超伝導ストリップ。
- 前記第1部位、前記第3部位および前記第5部位は、前記第2方向に関して重なっている請求項7に記載の超伝導ストリップ。
- 前記第1部位、前記第2部位、前記第3部位、前記第4部位および前記第5部位は、前記蛇行構造を構成し、
前記第1部位、前記第3部位および前記第5部位は、前記第2方向に関して重なっており、
前記第1部位、前記第3部位および前記第5部位の前記第2方向の寸法は200nm以下であり、
前記第1部位、前記第3部位および前記第5部位の前記第3方向の寸法は200nm以下である請求項6に記載の超伝導ストリップ。 - 前記第1部位、前記第3部位および前記第5部位の前記第1方向の寸法は、前記第2部位および前記第4部位の前記第2方向の寸法よりも大きい請求項9に記載の超伝導ストリップ。
- 前記粒子はX線光子である請求項1ないし10のいずれかに記載の超伝導ストリップ。
- 前記粒子は、極端紫外線光子、紫外線光子、赤外線光子、可視光線光子、電子、中性子、イオンからなる群より選ばれたものである請求項1ないし10のいずれかに記載の超伝導ストリップ。
- 請求項1ないし12のいずれかに記載の超伝導ストリップと、この超伝導ストリップにバイアス電流を供給する電流源とを具備する粒子検出装置。
- 前記バイアス電流は前記超伝導ストリップの超伝導材料の臨界電流よりも小さい請求項13に記載の粒子検出装置。
- 前記超伝導ストリップで生じる前記超伝導領域が分断される状態から前記粒子を検出する計測器をさらに具備する請求項13に記載の粒子検出装置。
- 前記超伝導ストリップを冷却し超伝導状態を維持する冷凍機をさらに具備する請求項13に記載の粒子検出装置。
- 第1方向に延在し超伝導材料を有する第1部位と、前記第1部位に接続し前記第1方向と垂直な第2方向に延在し、導電性を有する第2部位と、前記第2部位に接続し前記第1方向とは逆の方向に延在し超伝導材料を有する第3部位とを具備する蛇行構造を具備する超伝導ストリップを画素として用いた粒子検出方法であって、
前記超伝導ストリップを超伝導状態にする工程と、
前記超伝導ストリップにバイアス電流を供給する工程と、
試料を透過した粒子を前記超伝導ストリップに照射させ、超伝導領域を分断状態にする工程と、
前記分断状態から前記粒子を検出する工程と
を具備する粒子検出方法。 - 前記超伝導ストリップは複数である請求項17に記載の粒子検出方法。
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