JPH0346521A - 信号検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超伝導体の電流−電圧特性を利用して、光入
力信号を電流信号に変換し、光信号を検出する光検出器
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　Ｊｏｕｒｎａ］　ｏｆＡｐ
ｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　ｖａｔ、　２３１３３３
　（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ＢａＰｂｏ７Ｂｉ、３０ｓ　
（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。かがる検
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１３にと低い。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−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。

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。

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。

すなわち、本発明の目的とするところは、超伝導物質の
電流−電圧特性を利用することにより、上述のような問
題点を解決することにある。

［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
が生じる信号入力部と、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を
少なくとも有する信号検出器にある。

また、前記信号検出部にマイクロブリッジ型ジョセフソ
ン接合を用いた信号検出器、あるいは、前記信号人力部
に光伝導性材料を用いた信号検出器を特徴とするもので
ある。

ここで、本発明を達成するために用いられる信号検出部
としての超伝導体としては、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−０系、Ｂ
１−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系、Ｔｊｉ’−３ｒ−Ｃａ−
Ｃｕ−０系セラミツクス材料のような液体窒素の沸点で
ある７７により高い臨界温度を持つ物質が適している。

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
。

また、信号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、
　ＳＬ、　ＧａＡｓ、　ａ−３ｉ、　ＣｄＳ、　ＣｄＳ
ｅ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。

ここで、光起電力を発生する材料としては、ＳＬ、　ａ
−３ｉ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信号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により移
動することで光電流が生ずる。

一方、超伝導物質中に電流が流れると、ある−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。

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。

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。

［実施例］ 以下、実施例により本発明を詳述する。

見息臼ユ 第１図に本発明に基づく一実施例の概念図を示す。図中
１は超伝導体、２は電流注入用電極、３は電圧測定用電
極、４はバイアス電流印加用電源、５は光導電セル駆動
用電源、６は光導電セル、７は信号検出用電圧計である
。

先ず、酸化物超伝導体ＹＢａ２Ｃａ３０□−６（０≦δ
≦０．５）をマグネトロンスパッタ法等により　ＭｇＯ
基板（不図示）上に形成し、フォトリソグラフィー技術
等により得られた薄膜を加工する。本実施例では、酸化
物超伝導体を厚さ５０００人、幅２ｍｍ、長さ５ｍｍの
帯状とし、マイクロブリッジ部は幅８叩、長さ１２ｇｍ
とした。次に、この帝王にＣｒ、　Ａｕの電極を４本厚
さ１０００入、巾５０師の寸法に作成し、電流注入用電
極２、電圧測定用電極３とした。

かかる構成にした場合の超伝導体の臨界温度は８８にで
あった。この検出器の信号検出部を液体窒素中（７７Ｋ
）に入れ、バイアス電流印加用電源４に１０ｍＶ、光導
電セル駆動用電源５にＩＯＶ印加した。ここで、光導電
セル６に光を照射しない場合、信号検出用電圧計７はＯ
Ｖであり超伝導はこオ）れていなかった。次に、光導電
セル６にＨｅ−Ｎｅレーザーの５ｍＷを照射したところ
、信号検出用電圧計７は３ｍＶを示した。このことは、
光照射により超伝導体１に臨界電流値以上の電流が流れ
、超伝導状態をこわしたことを意味している。

実圭裏引旦 本発明の第２の実施例を第２図に示した。検出器の構成
は、信号受信部である光起電力効果を用いたＰＮ接合部
８と検出部の一体型になっている。

液体窒素中でＰＮ接合部８に光を照射しない場合電圧は
ＯＶであるが、ＰＮ接合部８に実施例１同様の光を照射
すると電圧が発生した。これは光起電力効果により超伝
導体１に流れる電流が増大し、超伝導状態がこわれた為
である。

尚、受光感度を上げる為、実施例１では光導電セル６を
用いたように、本実施例ではＰＮ接合部に小型ヒーター
を取り付けることか可能である。

笈思立ユ 本発明の第３の実施例を第３図に示した。

検出器の構成は、信号検出部の電流注入用電極２上に光
導電体薄膜９（ここでは、ａ−３ｉを用いた。）を積層
し、さらにその上に電極１０を作製した。つまり、信号
入力部と信号検出部を一体化した構成になっている。こ
こで、実施例１と同様な測定を行ったところ、光照射の
有無と検出用電圧計の有無が対応し、光検出の可能なこ
とが確かめられた。

実過Ｕ引４ 電流注入用電極２．電圧測定用電極３を金属にて作製し
た実施例１に対し、本実施例では、超伝導体（例えばＹ
Ｂａ２Ｃｕ３０．−　ａ　）を用いた。本構成において
も前述同様、光検出可能なことが確認された。

［発明の効果］ 以上述べたように、光信号の入力部（受信部）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信号
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
検出器の位置合せが容易、すなわち、必要とする任意の
大きさの人力部（受信部）に信号を入力することが可能
となる。

２、光信号人力部（受信部）の材料を適宜選択すること
により、従来に比べ幅広い波長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、再現性、
信頼性等が向上し、特性のバラツキが小さくなる。これ
により素子の集積化が容易となる。

といったような効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の信号検出器を達成するための光導電
セルを用いた検出器の構成を示す概略図である。 第２図は、本発明の信号検出器を達成するための光起電
力効果を用いた別の検出器の構成を示す概略図である。 第３図は、信号入力部と信号検出部を一体化した検出器
の構成を示す概略図である。 第４図は、従来の信号検出器の概略構成斜視図である。 １・・・超伝導体 ３・・・電圧測定用電極 ５・・・光導電セル駆動用電源 ７・・・信号検出用電圧計 ９・・・電圧測定回路系 ２・・・電流注入用電極 ４・・・バイアス電流印加電源 ６・・・光導電セル ８・・・ＰＮ接合部 ｌＯ・・・電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光信号の入力により電流が生じる信号入力部と、
   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を少なくとも有することを
   特徴とする信号検出器。
2. （２）前記信号検出部にマイクロブリッジ型ジョセフソ
   ン接合を用いたことを特徴とする請求項１記載の信号検
   出器。
3. （３）前記信号入力部に光伝導性材料を用いたことを特
   徴とする請求項１又は２記載の信号検出器。