JPH06252459A - 超電導光センサ - Google Patents
超電導光センサInfo
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- JPH06252459A JPH06252459A JP5037927A JP3792793A JPH06252459A JP H06252459 A JPH06252459 A JP H06252459A JP 5037927 A JP5037927 A JP 5037927A JP 3792793 A JP3792793 A JP 3792793A JP H06252459 A JPH06252459 A JP H06252459A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 超高感度、超高速で動作する超電導光センサ
を提供すること。 【構成】 基板１１上に、第１の超電導体層１２と、光
電変換層１３，１４，１５と、第２の超電導体層１６と
が順に積層され、かつ前記２つの超電導体層と光電変換
層とが積層型の超電導体層−光電変換層（常電導体層）
−超電導体層（ＳＮＳ型）のジョセフソン接合により構
成される。また、光電変換層に上部又は下部より光が入
射出来るように、第１の超電導体層又は第２の超電導体
層に少なくとも１つの溝又は穴１７を設ける。また、光
電変換層には光伝導性材料または光起電力を生ずる材料
を用い、ｐ型半導体１３、ｉ型半導体１４、およびｎ型
半導体１５から構成される。さらに、１つの超電導体層
はバリウム−カリウム−ビスマス−酸素、若しくはバリ
ウム−鉛−ビスマス−酸素、若しくはニオブ単体または
ニオブの合金などの材料により構成される。
を提供すること。 【構成】 基板１１上に、第１の超電導体層１２と、光
電変換層１３，１４，１５と、第２の超電導体層１６と
が順に積層され、かつ前記２つの超電導体層と光電変換
層とが積層型の超電導体層−光電変換層（常電導体層）
−超電導体層（ＳＮＳ型）のジョセフソン接合により構
成される。また、光電変換層に上部又は下部より光が入
射出来るように、第１の超電導体層又は第２の超電導体
層に少なくとも１つの溝又は穴１７を設ける。また、光
電変換層には光伝導性材料または光起電力を生ずる材料
を用い、ｐ型半導体１３、ｉ型半導体１４、およびｎ型
半導体１５から構成される。さらに、１つの超電導体層
はバリウム−カリウム−ビスマス−酸素、若しくはバリ
ウム−鉛−ビスマス−酸素、若しくはニオブ単体または
ニオブの合金などの材料により構成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超高感度、超高速の超
電導光センサに係る。
電導光センサに係る。
【０００２】
【従来の技術】従来、超電導体を用いた光センサとして
は、ＢａＰｂ0 . 7 Ｂｉ0 . 3 Ｏ3 系やＹＢａ2 Ｃｕ3
Ｏ7 - x 系の超電導光センサが知られている。前者はマ
イクロブリッジ部の粒界に光を照射し、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り、後者は、
ボロメトリック動作により、臨界温度付近の電流値の変
化を検知するものである。
は、ＢａＰｂ0 . 7 Ｂｉ0 . 3 Ｏ3 系やＹＢａ2 Ｃｕ3
Ｏ7 - x 系の超電導光センサが知られている。前者はマ
イクロブリッジ部の粒界に光を照射し、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り、後者は、
ボロメトリック動作により、臨界温度付近の電流値の変
化を検知するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のＢａＰｂ0
. 7 Ｂｉ0 . 3 Ｏ3 （以下、ＢＰＢＯと略称する）系の
超電導光センサは、感度が極めて良好で、半導体の光セ
ンサと比較して、長波長領域の光まで感度が低下しない
という報告がある。しかしながら、自然に生じる結晶粒
界をジョセフソン接合の弱結合部分として用いているた
め、素子としての信頼性に欠けるという問題点があっ
た。
. 7 Ｂｉ0 . 3 Ｏ3 （以下、ＢＰＢＯと略称する）系の
超電導光センサは、感度が極めて良好で、半導体の光セ
ンサと比較して、長波長領域の光まで感度が低下しない
という報告がある。しかしながら、自然に生じる結晶粒
界をジョセフソン接合の弱結合部分として用いているた
め、素子としての信頼性に欠けるという問題点があっ
た。
【０００４】一方、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 - x （以下、Ｙ
ＢＣＯと略称する）系の超電導光センサは、液体窒素温
度以上で動作するため、経済性、効率の面では利点があ
るものの、ボロメトリック動作であるから、用いる材料
の臨界温度付近で動作させなければならず、動作温度が
材料によって制約されるという問題があった。また、動
作温度の揺らぎや雑音によって、特性が大きく左右され
るという問題もあった。
ＢＣＯと略称する）系の超電導光センサは、液体窒素温
度以上で動作するため、経済性、効率の面では利点があ
るものの、ボロメトリック動作であるから、用いる材料
の臨界温度付近で動作させなければならず、動作温度が
材料によって制約されるという問題があった。また、動
作温度の揺らぎや雑音によって、特性が大きく左右され
るという問題もあった。
【０００５】さらに、上記のＢＰＢＯ系やＹＢＣＯ系の
超電導光センサは取り出される出力電圧が極めて低く、
増幅器が必要であった。
超電導光センサは取り出される出力電圧が極めて低く、
増幅器が必要であった。
【０００６】そこで、本発明は超高感度、超高速で動作
する超電導光センサを提供することを目的としている。
する超電導光センサを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の超電導光センサ
は、上記目的を達成するため、第１の発明では、基板上
に、第１の超電導体層と、光電変換層と、第２の超電導
体層とが順に積層され、かつ前記２つの超電導体層と光
電変換層とが積層型の超電導体層−光電変換層（常電導
体層）−超電導体層（いわゆるＳＮＳ型）のジョセフソ
ン接合により構成されることを特徴とする。
は、上記目的を達成するため、第１の発明では、基板上
に、第１の超電導体層と、光電変換層と、第２の超電導
体層とが順に積層され、かつ前記２つの超電導体層と光
電変換層とが積層型の超電導体層−光電変換層（常電導
体層）−超電導体層（いわゆるＳＮＳ型）のジョセフソ
ン接合により構成されることを特徴とする。
【０００８】また、第２の発明では前記記載の光電変換
層に上部又は下部より光が入射出来るように、第１の超
電導体層又は第２の超電導体層に少なくとも１つの溝又
は穴を設けることを特徴とする。
層に上部又は下部より光が入射出来るように、第１の超
電導体層又は第２の超電導体層に少なくとも１つの溝又
は穴を設けることを特徴とする。
【０００９】また、第３の発明では第１の発明若しくは
第２の発明に記記載の光電変換層は光伝導性材料または
光起電力を生ずる材料を用いることを特徴とする。
第２の発明に記記載の光電変換層は光伝導性材料または
光起電力を生ずる材料を用いることを特徴とする。
【００１０】また、第４の発明では、第１の発明乃至第
３の発明のいずれか１つに記載の超電導光センサにおい
て、前記記載の光電変換層はｐ型半導体、ｉ型半導体、
およびｎ型半導体から構成されることを特徴とする。
３の発明のいずれか１つに記載の超電導光センサにおい
て、前記記載の光電変換層はｐ型半導体、ｉ型半導体、
およびｎ型半導体から構成されることを特徴とする。
【００１１】さらには、第５の発明では、第１の発明乃
至第４の発明のいずれか１つに記載の超電導光センサに
おいて、前記記載の第２の超電導体層は、バリウム−カ
リウム−ビスマス−酸素からなる超電導体、若しくはバ
リウム−鉛−ビスマス−酸素からなる超電導体、若しく
はニオブ単体またはニオブの合金からなる超電導体を用
いることを特徴とする。
至第４の発明のいずれか１つに記載の超電導光センサに
おいて、前記記載の第２の超電導体層は、バリウム−カ
リウム−ビスマス−酸素からなる超電導体、若しくはバ
リウム−鉛−ビスマス−酸素からなる超電導体、若しく
はニオブ単体またはニオブの合金からなる超電導体を用
いることを特徴とする。
【００１２】
【作用】第１の発明による超電導光センサは、基板上に
形成された積層型のＳＮＳ型ジョセフソン接合構造を有
するが、この接合は、超電導体から超電導体間に介在し
た光電変換層（常電導体）への波動関数のしみ出しを利
用した近接効果型接合である。よって、前記接合間隔、
本構成では光電変換機能を有するフォトダイオード部構
成の各層の膜厚制御が重要な要素になる。そこで、本発
明によれば、前記フォトダイオード部を、例えばｐ−ｉ
−ｎ型やｎ−ｉ−ｐ型半導体などの薄膜を単純に積層し
た構造とするために、蒸着やスパッタリングやＣＶＤな
どの各種の成膜条件の設定によって、膜厚の制御が容易
かつ厳密にできる。
形成された積層型のＳＮＳ型ジョセフソン接合構造を有
するが、この接合は、超電導体から超電導体間に介在し
た光電変換層（常電導体）への波動関数のしみ出しを利
用した近接効果型接合である。よって、前記接合間隔、
本構成では光電変換機能を有するフォトダイオード部構
成の各層の膜厚制御が重要な要素になる。そこで、本発
明によれば、前記フォトダイオード部を、例えばｐ−ｉ
−ｎ型やｎ−ｉ−ｐ型半導体などの薄膜を単純に積層し
た構造とするために、蒸着やスパッタリングやＣＶＤな
どの各種の成膜条件の設定によって、膜厚の制御が容易
かつ厳密にできる。
【００１３】そして、前記光電変換層（常電導体）で光
照射時における光起電力によってキャリアを注入し、超
電導状態を壊して生じる電気抵抗を検出することによ
り、入射光量が精度良く検出される。
照射時における光起電力によってキャリアを注入し、超
電導状態を壊して生じる電気抵抗を検出することによ
り、入射光量が精度良く検出される。
【００１４】第２の発明では、第１若しくは第２の超電
導体層に少なくとも１つの窓あるいは溝部を設けことに
より、第１および第２の２つの超電導体層に間に挟まれ
る光電変換層に効率良く光を照射し、入射光量を精度良
く検出することができる。
導体層に少なくとも１つの窓あるいは溝部を設けことに
より、第１および第２の２つの超電導体層に間に挟まれ
る光電変換層に効率良く光を照射し、入射光量を精度良
く検出することができる。
【００１５】第３の発明では、前記光電変換層を形成す
る光伝導性材料または光起電力を生ずる材料により、効
率良く光起電力が発生されて、入射光量が精度良く検出
することができる。
る光伝導性材料または光起電力を生ずる材料により、効
率良く光起電力が発生されて、入射光量が精度良く検出
することができる。
【００１６】第４の発明では、前記光電変換層がｐ型半
導体、ｉ型半導体、およびｎ型半導体によって構成され
ることにより、容易に光起電力が発生されて、入射光量
を検出することができる。
導体、ｉ型半導体、およびｎ型半導体によって構成され
ることにより、容易に光起電力が発生されて、入射光量
を検出することができる。
【００１７】また、第５の発明では、前記第２の超電導
体層が、バリウム−カリウム−ビスマス−酸素からなる
超電導体、若しくはバリウム−鉛−ビスマス−酸素から
なる超電導体、若しくはニオブ単体またはニオブの合金
からなる超電導体により構成することにより、ａ−Ｓｉ
薄膜やａ−Ｇｅ薄膜の直上に超電導体層を形成すること
が可能となり、ＳＮＳ型のジョセフソン接合の形成／破
壊が適確に行われて、入射光量を精度良くかつ容易に検
出することができる。
体層が、バリウム−カリウム−ビスマス−酸素からなる
超電導体、若しくはバリウム−鉛−ビスマス−酸素から
なる超電導体、若しくはニオブ単体またはニオブの合金
からなる超電導体により構成することにより、ａ−Ｓｉ
薄膜やａ−Ｇｅ薄膜の直上に超電導体層を形成すること
が可能となり、ＳＮＳ型のジョセフソン接合の形成／破
壊が適確に行われて、入射光量を精度良くかつ容易に検
出することができる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明を実施例および図面を用いて詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１９】＜実施例１＞本発明にかかる超電導光セン
サは、超電導体層と光電変換層と超電導体層とからなる
ＳＮＳ型ジョセフソン接合を形成しているが、ここで
は、超電導体層にＹＢＣＯ薄膜、上部超電導体層にＮｂ
薄膜、フォトダイオード部にａ−Ｓｉ薄膜を用いた場合
を例に、本発明にかかる超電導光センサの動作原理およ
び第１の実施例を詳細に説明する。
サは、超電導体層と光電変換層と超電導体層とからなる
ＳＮＳ型ジョセフソン接合を形成しているが、ここで
は、超電導体層にＹＢＣＯ薄膜、上部超電導体層にＮｂ
薄膜、フォトダイオード部にａ−Ｓｉ薄膜を用いた場合
を例に、本発明にかかる超電導光センサの動作原理およ
び第１の実施例を詳細に説明する。
【００２０】超電導光センサの第１の実施例の断面構造
図を図１に示す。図１の断面構造図では、基板１１上
に、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 - x 超電導薄膜１２を形成し、
接合部分にｐ型ａ−Ｓｉ薄膜１３、ｉ型ａ−Ｓｉ薄膜１
４、ｎ型ａ−Ｓｉ薄膜１５を積層形成し、さらに、その
上に、Ｎｂ超電導薄膜１６を形成している。
図を図１に示す。図１の断面構造図では、基板１１上
に、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 - x 超電導薄膜１２を形成し、
接合部分にｐ型ａ−Ｓｉ薄膜１３、ｉ型ａ−Ｓｉ薄膜１
４、ｎ型ａ−Ｓｉ薄膜１５を積層形成し、さらに、その
上に、Ｎｂ超電導薄膜１６を形成している。
【００２１】また、Ｎｂ薄膜１６には光照射窓１７が開
けられており、ｐ−ｉ−ｎ型フォトダイオード部１３、
１４、１５に光が照射できるようになっている。電流電
極１８、電圧電極１９は、上部超電導層１６と下部超電
導層１２を接続した構造である。
けられており、ｐ−ｉ−ｎ型フォトダイオード部１３、
１４、１５に光が照射できるようになっている。電流電
極１８、電圧電極１９は、上部超電導層１６と下部超電
導層１２を接続した構造である。
【００２２】本発明に係るセンサの接合は、超電導体か
ら超電導体間に介在した常電導体（半導体）への波動関
数のしみ出しを利用した近接効果型接合であり、接合間
隔即ち、フォトダイオード部の膜厚の制御が重要な要素
になる。接合部分にはｐ−ｉ−ｎ型ａ−Ｓｉフォトダイ
オードが形成されており、光照射時における光起電力に
よってキャリアを注入し、超電導状態を壊して、生じる
電気抵抗を検出することになる。
ら超電導体間に介在した常電導体（半導体）への波動関
数のしみ出しを利用した近接効果型接合であり、接合間
隔即ち、フォトダイオード部の膜厚の制御が重要な要素
になる。接合部分にはｐ−ｉ−ｎ型ａ−Ｓｉフォトダイ
オードが形成されており、光照射時における光起電力に
よってキャリアを注入し、超電導状態を壊して、生じる
電気抵抗を検出することになる。
【００２３】よって、光非照射時はＳＮＳジョセフソン
接合となっており、臨界電流以下の電流を素子に印加し
ている場合、その出力電圧は０ｍＶであるが、光を照射
することにより、光起電力が発生し、約数百〜数千ｍＶ
の出力が得られる。これは、従来のＢＰＢＯ系のマイク
ロブリッジ型やＹＢＣＯ系のボロメトリック動作型に比
べて、１００〜１００００倍程度大きい出力である。ま
た、その応答速度は１０- 1 0 ｓｅｃ以下と非常に高速
である。
接合となっており、臨界電流以下の電流を素子に印加し
ている場合、その出力電圧は０ｍＶであるが、光を照射
することにより、光起電力が発生し、約数百〜数千ｍＶ
の出力が得られる。これは、従来のＢＰＢＯ系のマイク
ロブリッジ型やＹＢＣＯ系のボロメトリック動作型に比
べて、１００〜１００００倍程度大きい出力である。ま
た、その応答速度は１０- 1 0 ｓｅｃ以下と非常に高速
である。
【００２４】図２は、上記第１の実施例にかかる超電導
光センサの作製工程図である。ＳｒＴｉＯ3 （１００）
の単結晶基板１１を６５０℃に加熱し、反応性蒸着法を
用いて、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 - x 薄膜１２をその組成比
がＹ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：３となるように１０００Å
厚蒸着し、図２（ａ）に示すように、フォトリソ工程に
より、パターニングを施した。成膜の際、ＹＢａ2 Ｃｕ
3 Ｏ7 - x 薄膜が、充分に酸化されるように、基板に対
して、オゾンを１０％含んだ酸素ラジカルを照射させな
がら、蒸着を行っている。その際のポンプ付近の真空度
は８．５×１０- 5 Ｔｏｒｒであった。
光センサの作製工程図である。ＳｒＴｉＯ3 （１００）
の単結晶基板１１を６５０℃に加熱し、反応性蒸着法を
用いて、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 - x 薄膜１２をその組成比
がＹ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：３となるように１０００Å
厚蒸着し、図２（ａ）に示すように、フォトリソ工程に
より、パターニングを施した。成膜の際、ＹＢａ2 Ｃｕ
3 Ｏ7 - x 薄膜が、充分に酸化されるように、基板に対
して、オゾンを１０％含んだ酸素ラジカルを照射させな
がら、蒸着を行っている。その際のポンプ付近の真空度
は８．５×１０- 5 Ｔｏｒｒであった。
【００２５】冷却後、図２（ｂ）に示すように、レジス
ト２０の加工を行い、その上に、化学的気相成長法（Ｃ
ＶＤ法）を用いて、基板温度２００℃、ガス圧０．５Ｔ
ｏｒｒ、プラズマパワー密度０．１Ｗ／ｃｍ2 の雰囲気
中で、シランガスに対して２００〜８００ｐ．ｐ．ｍ．
のホスフィンガスを混合させ、ｎ型ａ−Ｓｉ膜１５を２
００Å堆積させた。さらに、ｉ型ａ−Ｓｉ膜１４を２０
０Å堆積させた後、最後に、シランガスに対して２００
〜８００ｐ．ｐ．ｍ．のジボランガスを混合させて、ｐ
型ａ−Ｓｉ膜１３を２００Å堆積させた。リフトオフ法
により、図２（ｃ）に示すように、フォトダイオード部
のパターニングを行い、下部のＹＢＣＯ薄膜に電極がと
れる構造とした。
ト２０の加工を行い、その上に、化学的気相成長法（Ｃ
ＶＤ法）を用いて、基板温度２００℃、ガス圧０．５Ｔ
ｏｒｒ、プラズマパワー密度０．１Ｗ／ｃｍ2 の雰囲気
中で、シランガスに対して２００〜８００ｐ．ｐ．ｍ．
のホスフィンガスを混合させ、ｎ型ａ−Ｓｉ膜１５を２
００Å堆積させた。さらに、ｉ型ａ−Ｓｉ膜１４を２０
０Å堆積させた後、最後に、シランガスに対して２００
〜８００ｐ．ｐ．ｍ．のジボランガスを混合させて、ｐ
型ａ−Ｓｉ膜１３を２００Å堆積させた。リフトオフ法
により、図２（ｃ）に示すように、フォトダイオード部
のパターニングを行い、下部のＹＢＣＯ薄膜に電極がと
れる構造とした。
【００２６】次に、図３（ｄ）に示すように、ダイオー
ド部上部にＮｂ薄膜を形成するため、レジスト２１の加
工を行い、図３（ｅ）に示すように、真空蒸着法にてＮ
ｂ薄膜１６を１０００Å蒸着し、リフトオフ法にてレジ
ストを除去し、パターニングを行った。
ド部上部にＮｂ薄膜を形成するため、レジスト２１の加
工を行い、図３（ｅ）に示すように、真空蒸着法にてＮ
ｂ薄膜１６を１０００Å蒸着し、リフトオフ法にてレジ
ストを除去し、パターニングを行った。
【００２７】次に、図３（ｆ）に示すように、反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ法）によりＮｂ薄膜１６に光照
射窓１７を設け、下部のフォトダイオード部に光が照射
できる構造とした。その後、上部Ｎｂ超電導薄膜１６、
下部ＹＢＣＯ超電導薄膜１２に電流電極１８、電圧電極
１９を設けた。
オンエッチング（ＲＩＥ法）によりＮｂ薄膜１６に光照
射窓１７を設け、下部のフォトダイオード部に光が照射
できる構造とした。その後、上部Ｎｂ超電導薄膜１６、
下部ＹＢＣＯ超電導薄膜１２に電流電極１８、電圧電極
１９を設けた。
【００２８】前記記載の工程により作製された超電導セ
ンサ素子を、液体ヘリウム（絶対温度：４．２Ｋ）にて
冷却し、電流電極に１ｍＡの直流電流を印加した。接合
部はＳＮＳ型のジョセフソン接合になっており、出力電
圧は０Ｖであった。次に、素子の光照射窓からフォトダ
イオード部にパワー密度：２μＷ／ｃｍ2 、レーザ波
長：６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光を照射したとこ
ろ、０．５Ｖの出力電圧が得られた。また、本センサの
応答速度は１ｎｓｅｃであった。
ンサ素子を、液体ヘリウム（絶対温度：４．２Ｋ）にて
冷却し、電流電極に１ｍＡの直流電流を印加した。接合
部はＳＮＳ型のジョセフソン接合になっており、出力電
圧は０Ｖであった。次に、素子の光照射窓からフォトダ
イオード部にパワー密度：２μＷ／ｃｍ2 、レーザ波
長：６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光を照射したとこ
ろ、０．５Ｖの出力電圧が得られた。また、本センサの
応答速度は１ｎｓｅｃであった。
【００２９】＜実施例２＞本実施例においては、実施例
１での光電変換膜１３、１４、１５を形成するａ−Ｓｉ
薄膜の代わりにａ−Ｇｅ薄膜を用いた。実施例１と同
様、ＹＢａ2 Ｃｕ3Ｏ7 - x 膜の上に、ＣＶＤ法により
ゲルマンガスに対して２００〜８００ｐ．ｐ．ｍ．のジ
ボランガスやホスフィンガスを混合させて、接合部にａ
−Ｇｅ薄膜のｐ−ｉ−ｎ接合を作製した。
１での光電変換膜１３、１４、１５を形成するａ−Ｓｉ
薄膜の代わりにａ−Ｇｅ薄膜を用いた。実施例１と同
様、ＹＢａ2 Ｃｕ3Ｏ7 - x 膜の上に、ＣＶＤ法により
ゲルマンガスに対して２００〜８００ｐ．ｐ．ｍ．のジ
ボランガスやホスフィンガスを混合させて、接合部にａ
−Ｇｅ薄膜のｐ−ｉ−ｎ接合を作製した。
【００３０】このようにして得られた素子を、液体窒素
（絶対温度：７７Ｋ）にて冷却し、電流電極に１ｍＡの
直流電流を印加した。接合部はＳＮＳ型のジョセフソン
接合になっており、出力電圧は０Ｖであった。次に、接
合部にパワー密度：３０ｍＷ／ｃｍ2 、レーザ波長：１
０１５ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ光を照射したところ、
０．２Ｖの出力電圧が得られた。また、本センサの応答
速度は２ｎｓｅｃであった。 ＜実施例３＞本実施例では、実施例１と同様にＹＢａ2
Ｃｕ3 Ｏ7 - x 膜のパターン化を行った後、ＣＶＤ法に
て、ｉ型ａ−Ｓｉ膜をＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 - x 膜上に１
０００Å堆積した。次に、イオン注入装置にて、ｉ型ａ
−Ｓｉ膜にボロンイオンおよびリンイオンを打ち込み、
積層型のｐ−ｉ−ｎ接合を形成した。
（絶対温度：７７Ｋ）にて冷却し、電流電極に１ｍＡの
直流電流を印加した。接合部はＳＮＳ型のジョセフソン
接合になっており、出力電圧は０Ｖであった。次に、接
合部にパワー密度：３０ｍＷ／ｃｍ2 、レーザ波長：１
０１５ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ光を照射したところ、
０．２Ｖの出力電圧が得られた。また、本センサの応答
速度は２ｎｓｅｃであった。 ＜実施例３＞本実施例では、実施例１と同様にＹＢａ2
Ｃｕ3 Ｏ7 - x 膜のパターン化を行った後、ＣＶＤ法に
て、ｉ型ａ−Ｓｉ膜をＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 - x 膜上に１
０００Å堆積した。次に、イオン注入装置にて、ｉ型ａ
−Ｓｉ膜にボロンイオンおよびリンイオンを打ち込み、
積層型のｐ−ｉ−ｎ接合を形成した。
【００３１】このようにして得られた素子を、実施例１
と同様の方法で評価したところ、０．３Ｖの出力電圧が
得られた。応答速度は１ｎｓｅｃであった。
と同様の方法で評価したところ、０．３Ｖの出力電圧が
得られた。応答速度は１ｎｓｅｃであった。
【００３２】＜実施例４＞本実施例では、実施例３での
ｉ型ａ−Ｓｉ膜の代わりにｉ型−Ｇｅ膜を用いてイオン
注入を行い、積層型のｐ−ｉ−ｎ接合を形成した。
ｉ型ａ−Ｓｉ膜の代わりにｉ型−Ｇｅ膜を用いてイオン
注入を行い、積層型のｐ−ｉ−ｎ接合を形成した。
【００３３】このようにして得られた素子を、実施例２
と同様の方法で評価したところ、０．２Ｖの出力電圧が
得られた。応答速度は２ｎｓｅｃであった。
と同様の方法で評価したところ、０．２Ｖの出力電圧が
得られた。応答速度は２ｎｓｅｃであった。
【００３４】上記実施例においては、下部超電導層にＹ
Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 - x の酸化物超電導薄膜を用いたが、
Ｌｎ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 - x 、Ｌｎ1 Ｂａ2 Ｃｕ4 Ｏ8
（Ｌｎ＝Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、
Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ）、Ｂｉ2Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏ1
0 、Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx 、Ｂｉ1 . 7 Ｐｂ0 .
2 Ｓｂ0 . 1 Ｃａ2 . 0 Ｓｒ2 . 0 Ｃｕ2 . 8 Ｏx 、
（Ｂｉ0 . 7 Ｐｂ0 . 3 ）2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏ1 0
、Ｔｌ2 Ｂａ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏ1 0 等の超電導薄膜を
用いても上記実施例と同様の素子特性が得られた。
Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 - x の酸化物超電導薄膜を用いたが、
Ｌｎ1 Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 - x 、Ｌｎ1 Ｂａ2 Ｃｕ4 Ｏ8
（Ｌｎ＝Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、
Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ）、Ｂｉ2Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏ1
0 、Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ1 Ｃｕ2 Ｏx 、Ｂｉ1 . 7 Ｐｂ0 .
2 Ｓｂ0 . 1 Ｃａ2 . 0 Ｓｒ2 . 0 Ｃｕ2 . 8 Ｏx 、
（Ｂｉ0 . 7 Ｐｂ0 . 3 ）2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏ1 0
、Ｔｌ2 Ｂａ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏ1 0 等の超電導薄膜を
用いても上記実施例と同様の素子特性が得られた。
【００３５】上記実施例においては、すべて第１の超伝
導体層の直上に形成される層はｐ−ｉ−ｎフォトダイオ
ード部でのｎ層半導体層であり、基板上には第１の超伝
導体層、ｎ型半導体層、ｉ型半導体層、ｐ型半導体層、
第２の超伝導体層の順に形成されている。しかし、この
フォトダイオード部の積層の順序は逆でも良く、第１の
超伝導体層の直上にまず第１にｐ型半導体層を形成して
も、本発明の実施は可能である。
導体層の直上に形成される層はｐ−ｉ−ｎフォトダイオ
ード部でのｎ層半導体層であり、基板上には第１の超伝
導体層、ｎ型半導体層、ｉ型半導体層、ｐ型半導体層、
第２の超伝導体層の順に形成されている。しかし、この
フォトダイオード部の積層の順序は逆でも良く、第１の
超伝導体層の直上にまず第１にｐ型半導体層を形成して
も、本発明の実施は可能である。
【００３６】また、上部超電導層にＮｂの超電導薄膜を
用いたが、Ｎｂ3 Ｇｅ、Ｂａ1 - xKx ＢｉＯ3 、ＢａＰ
ｂ0 . 7 Ｂｉ0 . 3 Ｏ3 等の超電導層を用いても同様の
素子特性が得られた。
用いたが、Ｎｂ3 Ｇｅ、Ｂａ1 - xKx ＢｉＯ3 、ＢａＰ
ｂ0 . 7 Ｂｉ0 . 3 Ｏ3 等の超電導層を用いても同様の
素子特性が得られた。
【００３７】さらに、基板として上記実施例ではＳｒＴ
ｉＯ3 （１００）単結晶基板を用いたが、ＳｒＴｉＯ3
（１１０）、ＭｇＯ（１００）単結晶基板等でも同様の
素子特性が得られた。
ｉＯ3 （１００）単結晶基板を用いたが、ＳｒＴｉＯ3
（１１０）、ＭｇＯ（１００）単結晶基板等でも同様の
素子特性が得られた。
【００３８】また、超電導薄膜の作製方法においても上
記実施例では主に真空蒸着法を用いているが、スパッタ
法、レーザ蒸着法、イオンクラスタビーム法、ＣＶＤ法
等も用いることができた。
記実施例では主に真空蒸着法を用いているが、スパッタ
法、レーザ蒸着法、イオンクラスタビーム法、ＣＶＤ法
等も用いることができた。
【００３９】
【発明の効果】以上より明らかなように、本発明による
超電導光センサは、基板上に形成された積層型のＳＮＳ
型ジョセフソン接合構造を有し、該接合部で光電変換機
能を有するフォトダイオード各層の膜厚制御が容易かつ
厳密にできる。また、光電変換層（常電導体）で光照射
時における光起電力によってキャリアを注入し、超電導
状態を壊して生じる電気抵抗の検出により、入射光量が
精度良く検出できる。
超電導光センサは、基板上に形成された積層型のＳＮＳ
型ジョセフソン接合構造を有し、該接合部で光電変換機
能を有するフォトダイオード各層の膜厚制御が容易かつ
厳密にできる。また、光電変換層（常電導体）で光照射
時における光起電力によってキャリアを注入し、超電導
状態を壊して生じる電気抵抗の検出により、入射光量が
精度良く検出できる。
【００４０】また、超電導体層に設けられた窓あるいは
溝部は、２つの超電導体層に間に挟まれる光電変換層に
効率良く光を照射し、光電変換層を形成する材料および
そのフォトダイオード構成により、効率良く光起電力が
発生される。
溝部は、２つの超電導体層に間に挟まれる光電変換層に
効率良く光を照射し、光電変換層を形成する材料および
そのフォトダイオード構成により、効率良く光起電力が
発生される。
【００４１】さらに、光電変換層直上の超電導体層の材
料の選択により、ＳＮＳ型のジョセフソン接合の形成／
破壊が適確に行われて、入射光量を精度良くかつ容易に
検出することができる。
料の選択により、ＳＮＳ型のジョセフソン接合の形成／
破壊が適確に行われて、入射光量を精度良くかつ容易に
検出することができる。
【００４２】したがって、本発明によれば、超高感度
で、かつ超高速な超電導光センサを提供できる。
で、かつ超高速な超電導光センサを提供できる。
【図１】本発明による超電導光センサの断面構造図であ
る。
る。
【図２】実施例１に係る超電導光センサの各作製工程に
おける断面図である。
おける断面図である。
【図３】図２に続く各作製工程における断面図である。
１１ 基板 １２ ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 - x 超電導薄膜 １３ ｐ型ａ−Ｓｉ膜 １４ ｉ型ａ−Ｓｉ膜 １５ ｎ型ａ−Ｓｉ膜 １６ Ｎｂ超電導薄膜 １７ 光照射窓 １８ 電流電極 １９ 電圧電極 ２０、２１ レジスト
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年４月２１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３０】このようにして得られた素子を、液体ヘリ
ウム（絶対温度：４．２Ｋ）にて冷却し、電流電極に１
ｍＡの直流電流を印加した。接合部はＳＮＳ型のジョセ
フソン接合になっており、出力電圧は０Ｖであった。次
に、接合部にパワー密度：３０ｍＷ／ｃｍ2 、レーザ波
長：１０１５ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ光を照射したと
ころ、０．２Ｖの出力電圧が得られた。また、本センサ
の応答速度は２ｎｓｅｃであった。 ＜実施例３＞本実施例では、実施例１と同様にＹＢａ2
Ｃｕ3 Ｏ7 - x 膜のパターン化を行った後、ＣＶＤ法に
て、ｉ型ａ−Ｓｉ膜をＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 - x 膜上に１
０００Å堆積した。次に、イオン注入装置にて、ｉ型ａ
−Ｓｉ膜にボロンイオンおよびリンイオンを打ち込み、
積層型のｐ−ｉ−ｎ接合を形成した。
ウム（絶対温度：４．２Ｋ）にて冷却し、電流電極に１
ｍＡの直流電流を印加した。接合部はＳＮＳ型のジョセ
フソン接合になっており、出力電圧は０Ｖであった。次
に、接合部にパワー密度：３０ｍＷ／ｃｍ2 、レーザ波
長：１０１５ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ光を照射したと
ころ、０．２Ｖの出力電圧が得られた。また、本センサ
の応答速度は２ｎｓｅｃであった。 ＜実施例３＞本実施例では、実施例１と同様にＹＢａ2
Ｃｕ3 Ｏ7 - x 膜のパターン化を行った後、ＣＶＤ法に
て、ｉ型ａ−Ｓｉ膜をＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7 - x 膜上に１
０００Å堆積した。次に、イオン注入装置にて、ｉ型ａ
−Ｓｉ膜にボロンイオンおよびリンイオンを打ち込み、
積層型のｐ−ｉ−ｎ接合を形成した。
Claims (5)
- 【請求項１】 基板上に、第１の超電導体層と、光電変
換層と、第２の超電導体層とが順に積層され、かつ前記
２つの超電導体層と光電変換層とが積層型の超電導体層
−光電変換層（常電導体層）−超電導体層（ＳＮＳ型）
のジョセフソン接合により構成されることを特徴とする
超電導光センサ。 - 【請求項２】 請求項１記載の光電変換層に上部又は下
部より光が入射出来るように、第１の超電導体層又は第
２の超電導体層に少なくとも１つの溝又は穴を設けるこ
とを特徴とする請求項１記載の超電導光センサ。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の超電導光
センサであって、 上記光電変換層は光伝導性材料または光起電力を生ずる
材料を用いることを特徴とする超電導光センサ。 - 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれか１つに
記載の超電導光センサであって、 上記光電変換層はｐ型半導体、ｉ型半導体、およびｎ型
半導体から構成されることを特徴とする超電導光セン
サ。 - 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれか１つに
記載の超電導光センサであって、 上記第２の超電導体層は、バリウム−カリウム−ビスマ
ス−酸素からなる超電導体、若しくはバリウム−鉛−ビ
スマス−酸素からなる超電導体、若しくはニオブ単体ま
たはニオブの合金からなる超電導体を用いることを特徴
とする超電導光センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5037927A JPH06252459A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 超電導光センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5037927A JPH06252459A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 超電導光センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06252459A true JPH06252459A (ja) | 1994-09-09 |
Family
ID=12511192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5037927A Pending JPH06252459A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 超電導光センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06252459A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009101257A1 (en) * | 2008-02-15 | 2009-08-20 | Teknillinen Korkeakoulu | Proximity josephson sensor |
-
1993
- 1993-02-26 JP JP5037927A patent/JPH06252459A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009101257A1 (en) * | 2008-02-15 | 2009-08-20 | Teknillinen Korkeakoulu | Proximity josephson sensor |
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