JPH065790B2 - 超伝導トンネル接合光検出器 - Google Patents
超伝導トンネル接合光検出器Info
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- JPH065790B2 JPH065790B2 JP60172121A JP17212185A JPH065790B2 JP H065790 B2 JPH065790 B2 JP H065790B2 JP 60172121 A JP60172121 A JP 60172121A JP 17212185 A JP17212185 A JP 17212185A JP H065790 B2 JPH065790 B2 JP H065790B2
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- barrier
- superconducting
- upper electrode
- thin film
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/10—Junction-based devices
- H10N60/12—Josephson-effect devices
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、赤外の広い波長帯において高速で且つ高感度
な光検出器に関するものである。
な光検出器に関するものである。
従来の技術 従来、光検出器として半導体材料を用いたものが開発さ
れてきている。しかし、半導体では、そのエネルギーギ
ャップが幅広いため、フォトンのエネルギーが低い赤外
光では、ギャップを越える励起が起こらず、検出が不可
能である。
れてきている。しかし、半導体では、そのエネルギーギ
ャップが幅広いため、フォトンのエネルギーが低い赤外
光では、ギャップを越える励起が起こらず、検出が不可
能である。
詳述するならば、光伝導を用いる光検出器では、高速化
をはかるには深い準位を導入したり、アモルファスを用
いたりすることでキャリア寿命を短くする必要がある
が、これらの手法により、逆に量子効率が大幅に下が
り、感度の低下が起こる。
をはかるには深い準位を導入したり、アモルファスを用
いたりすることでキャリア寿命を短くする必要がある
が、これらの手法により、逆に量子効率が大幅に下が
り、感度の低下が起こる。
一方、フォトダイオードでは、反応速度がＣＲ時定数で
律速されるため、半導体の抵抗を下げ、接合の静電容量
を小さくすることで高速化が試みられているが、反対に
受光面積が小さくなり感度の低下が起きる。
律速されるため、半導体の抵抗を下げ、接合の静電容量
を小さくすることで高速化が試みられているが、反対に
受光面積が小さくなり感度の低下が起きる。
このように、半導体材料を使用した光検出器では、高速
度と高速性を同時に満たすことが難しい。
度と高速性を同時に満たすことが難しい。
また、赤外域の低エネルギー・フォトンに対しても励起
現象が起きる超伝導体を用いた光検出器では、応答速度
は、準粒子のクーパー対への緩和時間および超伝導体か
らのフォノンの逃げの時間で決まり、0.1nsec以下の高
速特性を実現することが困難であった。
現象が起きる超伝導体を用いた光検出器では、応答速度
は、準粒子のクーパー対への緩和時間および超伝導体か
らのフォノンの逃げの時間で決まり、0.1nsec以下の高
速特性を実現することが困難であった。
発明が解決しようとする問題点 本発明は、これらの欠点を除去して、赤外域において高
速且つ高感度な光検出器を提供せんとするものである。
速且つ高感度な光検出器を提供せんとするものである。
問題点を解決するための手段 本発明によるならば、超伝導体薄膜の下部電極と、トン
ネル障壁をなす中間層と、超伝導体薄膜の上部電極との
３層構造からなる光検出器において、光が照射される上
部電極中に、中間層に対して垂直にトンネルバリアを設
け、光励起された準粒子の閉じ込みを図り、それによ
り、超伝導体光検出記の高感度を活しつつ高速特性を実
現する。
ネル障壁をなす中間層と、超伝導体薄膜の上部電極との
３層構造からなる光検出器において、光が照射される上
部電極中に、中間層に対して垂直にトンネルバリアを設
け、光励起された準粒子の閉じ込みを図り、それによ
り、超伝導体光検出記の高感度を活しつつ高速特性を実
現する。
第１図は、本発明による超伝導体を用いた光検出器の構
造図を示すものであり、基板１上に下部の超伝導電極２
が設けられ、その上にトンネル障壁をなす絶縁体又は半
導体の中間層３が形成されており、更に、膜内にトンネ
ルバリア４を含む超伝導体による上部電極５が設けられ
ている。そして、超伝導体の上下電極２と５は絶縁層６
により分離されている。これらの４つの層２、３、５、
６の各層は、それぞれ真空蒸着法あるいは、適当なター
ゲットを用いたスパッター法による薄膜形成技術および
リソグラフ法によるパターン形成技術により製作するこ
とができる。
造図を示すものであり、基板１上に下部の超伝導電極２
が設けられ、その上にトンネル障壁をなす絶縁体又は半
導体の中間層３が形成されており、更に、膜内にトンネ
ルバリア４を含む超伝導体による上部電極５が設けられ
ている。そして、超伝導体の上下電極２と５は絶縁層６
により分離されている。これらの４つの層２、３、５、
６の各層は、それぞれ真空蒸着法あるいは、適当なター
ゲットを用いたスパッター法による薄膜形成技術および
リソグラフ法によるパターン形成技術により製作するこ
とができる。
作用 次に光照射７にともなう動作について説明する。一般に
超伝導状態では電子はクーパー対を形成し、フェルミレ
ベルよりエネルギーが△だけ低いレベルとなる。一方、
クーパー対は外部エネルギーにより破壊され、対を組ま
ない単一電子となる。この電子は準粒子と呼ばれ、フェ
ルミレベルより△以上高いエネルギーにある。この準粒
子の最もエネルギーの低い電子状態と、クーパー対のレ
ベルとの間には２△だけのエネルギー・ギャップがあ
る。
超伝導状態では電子はクーパー対を形成し、フェルミレ
ベルよりエネルギーが△だけ低いレベルとなる。一方、
クーパー対は外部エネルギーにより破壊され、対を組ま
ない単一電子となる。この電子は準粒子と呼ばれ、フェ
ルミレベルより△以上高いエネルギーにある。この準粒
子の最もエネルギーの低い電子状態と、クーパー対のレ
ベルとの間には２△だけのエネルギー・ギャップがあ
る。
第２図に同種の超伝導材料を電極として用いたトンネル
接合における電流（I）−電圧（V）特性を示す。
接合における電流（I）−電圧（V）特性を示す。
(a)はトンネル接合に電圧が印加されてない超伝導状態
を、(b)はバイアス電圧が超伝導エネルギーギャップ幅
△の２倍よりも低い場合を、(c)はバイアス電圧が２△
を越えた場合である。(a)ではクーパー対のトンネルは
可能で、超伝導電流が流れるが、準粒子はトンネル障壁
により、両者間で密度差があっても流れる可能性は小さ
い。(b)および(c)ではクーパー対は、バイアス電圧に比
例した振動数で、トンネル障壁をトンネルするが（交流
ジョゼフソン効果）、直流の電流成分としては寄与しな
い。従って、I−V特性は第２図に示されるとおり、(b)
では超伝導中に熱等で励起された準粒子のトンネルに伴
う小さな電流が、(c)では電圧により励起される大きな
電流が流れることになる。
を、(b)はバイアス電圧が超伝導エネルギーギャップ幅
△の２倍よりも低い場合を、(c)はバイアス電圧が２△
を越えた場合である。(a)ではクーパー対のトンネルは
可能で、超伝導電流が流れるが、準粒子はトンネル障壁
により、両者間で密度差があっても流れる可能性は小さ
い。(b)および(c)ではクーパー対は、バイアス電圧に比
例した振動数で、トンネル障壁をトンネルするが（交流
ジョゼフソン効果）、直流の電流成分としては寄与しな
い。従って、I−V特性は第２図に示されるとおり、(b)
では超伝導中に熱等で励起された準粒子のトンネルに伴
う小さな電流が、(c)では電圧により励起される大きな
電流が流れることになる。
ところで、第２図の(a)と(b)の状態では、トンネルする
粒子が異なるため、ジョゼフソン接合は、クーパー対と
準粒子を識別し分離するフィルターとしての機能をも
つ。すなわち、状態(a)ではクーパー対はバリアを透過
するが、準粒子は移動できずに蓄積される。他方、(b)
では、準粒子はバリアを通過し、直流電流に寄与する
が、クーパー対は、寄与しない。この特性に注目し、臨
界電流値の異なる接合を直列に接続し、バイアス電流に
より各接合の状態を電圧状態あるいは超伝導状態に適当
に置くことにより、準粒子とクーパー対を用いる素子の
効率化をはかることができる。
粒子が異なるため、ジョゼフソン接合は、クーパー対と
準粒子を識別し分離するフィルターとしての機能をも
つ。すなわち、状態(a)ではクーパー対はバリアを透過
するが、準粒子は移動できずに蓄積される。他方、(b)
では、準粒子はバリアを通過し、直流電流に寄与する
が、クーパー対は、寄与しない。この特性に注目し、臨
界電流値の異なる接合を直列に接続し、バイアス電流に
より各接合の状態を電圧状態あるいは超伝導状態に適当
に置くことにより、準粒子とクーパー対を用いる素子の
効率化をはかることができる。
第１図の光検出器において、トンネル接合を構成してい
る超伝導体５に、２△のギャップ幅を越えるエネルギー
をもつ光を照射するとクーパー対が破壊され、超伝導体
に吸収された光子数（光量）に比例する準粒子が、上部
電極５中に生成される。トンネル障壁すなわちトンネル
接合部３が第２図(b)の状態にバイアスされていると、
光により励起された上部電極５中の準粒子は接合障壁３
をトンネルし電流として流れる。この電流値を測定する
ことにより光検出（フォトン検波）が可能である。第２
図のI−V特性で破線は、光照射した場合の特性を表わし
ている。
る超伝導体５に、２△のギャップ幅を越えるエネルギー
をもつ光を照射するとクーパー対が破壊され、超伝導体
に吸収された光子数（光量）に比例する準粒子が、上部
電極５中に生成される。トンネル障壁すなわちトンネル
接合部３が第２図(b)の状態にバイアスされていると、
光により励起された上部電極５中の準粒子は接合障壁３
をトンネルし電流として流れる。この電流値を測定する
ことにより光検出（フォトン検波）が可能である。第２
図のI−V特性で破線は、光照射した場合の特性を表わし
ている。
第３図に典型的な検出回路を示す。第３図の検出回路
は、定電圧源８、超伝導光検出接合９、負荷抵抗Ｒを有
し、その抵抗Ｒは、高速動作の場合、測定系とのインピ
ーダンス整合から50Ωが良く選択される。なお、この回
路で、定電圧源の出力電圧をＶ１にした場合の負荷直線
の例を第２図のI−V特性中に示す。光照射により、この
負荷直線上を動作点が移動し、光検出が可能である。
は、定電圧源８、超伝導光検出接合９、負荷抵抗Ｒを有
し、その抵抗Ｒは、高速動作の場合、測定系とのインピ
ーダンス整合から50Ωが良く選択される。なお、この回
路で、定電圧源の出力電圧をＶ１にした場合の負荷直線
の例を第２図のI−V特性中に示す。光照射により、この
負荷直線上を動作点が移動し、光検出が可能である。
この超伝導ドンネル現象を用いる光検出器では、電子を
トンネルさせるために、接合抵抗が低く抑えられてお
り、また電極も超伝導体であるため抵抗が零である。こ
のため検出器の等価回路に、直列、並列に入る抵抗は、
非常に小さく、電気回路的な遅れを起こすＲＣ定数は小
さくなる。実際、同種の構造からなるジョゼフソン接合
を用いたスイッチング回路では、既に６×10-12secの応
答速度が報告されている。
トンネルさせるために、接合抵抗が低く抑えられてお
り、また電極も超伝導体であるため抵抗が零である。こ
のため検出器の等価回路に、直列、並列に入る抵抗は、
非常に小さく、電気回路的な遅れを起こすＲＣ定数は小
さくなる。実際、同種の構造からなるジョゼフソン接合
を用いたスイッチング回路では、既に６×10-12secの応
答速度が報告されている。
次に準粒子の緩和特性を述べる。励起準粒子は、ある時
間でフォノンを放出して、クーパー対に緩和する。この
緩和時間は、フォノンとの相互作用を過程中に含むた
め、超伝導機構に関係し、電子−フォノン相互作用が強
い強結合超伝導体では10-10sec程度と、また相互作用が
弱い弱結合超伝導体では、それより長いと見積られてい
る。一方、準粒子の速度は、フェルミ面の電子の速度と
ほぼ同じであるため、通常約108cm／ｓｅｃである。従
って、光照射で励起された準粒子は、運動量保存則のた
め、上部電極５（膜厚約0.1μｍ）を表面から底面のバ
リアまで直線的に運動して横断するに要する時間は10
-13secとなる。このため、準粒子はクーパー対に緩和す
ることなく、バリアをトンネルすることができる。な
お、準粒子のクーパー対への緩和で生じるフォノンによ
る準粒子励起は、下部電極２で起きるためトンネル電流
に寄与しない。
間でフォノンを放出して、クーパー対に緩和する。この
緩和時間は、フォノンとの相互作用を過程中に含むた
め、超伝導機構に関係し、電子−フォノン相互作用が強
い強結合超伝導体では10-10sec程度と、また相互作用が
弱い弱結合超伝導体では、それより長いと見積られてい
る。一方、準粒子の速度は、フェルミ面の電子の速度と
ほぼ同じであるため、通常約108cm／ｓｅｃである。従
って、光照射で励起された準粒子は、運動量保存則のた
め、上部電極５（膜厚約0.1μｍ）を表面から底面のバ
リアまで直線的に運動して横断するに要する時間は10
-13secとなる。このため、準粒子はクーパー対に緩和す
ることなく、バリアをトンネルすることができる。な
お、準粒子のクーパー対への緩和で生じるフォノンによ
る準粒子励起は、下部電極２で起きるためトンネル電流
に寄与しない。
以上の他に励起準粒子は、フォノンあるいは電極５中の
欠陥により散乱される。この過程は、電気抵抗と同じも
のであり、室温では10-14〜10-15secで起きる。しか
し、極低温ではフォノン密度が低下するため、フォノン
による散乱確率は下がる。このため、準粒子は電極中で
の衝突なしにとトンネル層へ浸入し、透過する。
欠陥により散乱される。この過程は、電気抵抗と同じも
のであり、室温では10-14〜10-15secで起きる。しか
し、極低温ではフォノン密度が低下するため、フォノン
による散乱確率は下がる。このため、準粒子は電極中で
の衝突なしにとトンネル層へ浸入し、透過する。
次に、準粒子がバリア層をトンネルする過程を考えてみ
る。バリア層の厚みが数nmと薄く、しかも量子トンネル
効果のため、通過時間は短時間である。ところで、準粒
子がバアリ層を透過するのは確率過程であり、一部の準
粒子はバリアで反射され、上部電極５に戻り、緩和時間
に遅れを起こす。この確率は接合部のバイアス電圧に依
存し、高い電圧程、透過確率が上がり、緩和時間は短く
なる。
る。バリア層の厚みが数nmと薄く、しかも量子トンネル
効果のため、通過時間は短時間である。ところで、準粒
子がバアリ層を透過するのは確率過程であり、一部の準
粒子はバリアで反射され、上部電極５に戻り、緩和時間
に遅れを起こす。この確率は接合部のバイアス電圧に依
存し、高い電圧程、透過確率が上がり、緩和時間は短く
なる。
以上から電気回路および準粒子の緩和過程を考慮した検
出素子の応答速度は10-11sec以下となる。
出素子の応答速度は10-11sec以下となる。
有限温度の場合、熱励起で生じる準粒子によりトンネル
電流が流れ暗電流となる。この暗電流は、雑音として作
用し、Ｓ／Ｎ比を低下させる。この暗電流値は、熱励起
準粒子密度に比例するため温度Ｔに依存し、exp（−△
／ｋＴ）に比例する。このため、温度の低下により減少
し、絶対零度では零となる。従って、検出素子温度を下
げることにより低雑音となり、微弱光の高感度検出が可
能となる。なお、温度が下がっても構造は変化せず、し
たがって高速応答特性は保たれる。
電流が流れ暗電流となる。この暗電流は、雑音として作
用し、Ｓ／Ｎ比を低下させる。この暗電流値は、熱励起
準粒子密度に比例するため温度Ｔに依存し、exp（−△
／ｋＴ）に比例する。このため、温度の低下により減少
し、絶対零度では零となる。従って、検出素子温度を下
げることにより低雑音となり、微弱光の高感度検出が可
能となる。なお、温度が下がっても構造は変化せず、し
たがって高速応答特性は保たれる。
ところで、超伝導体のエネルギー・ギャップ△はｍｅＶ
と狭い。このため波長が１mmまでの遠赤外光に対しても
準粒子は励起され、トンネル電流が流れる。従って、広
い波長域にわたって高速の光信号を検出することができ
る。一方、高いエネルギーをもつ波長の短い赤外線が入
射した場合、準粒子緩和による時間遅れか起き、応答速
度の低下が生じる。すなわち、高エネルギーに励起した
準粒子は、クーロン力あるいは磁場を介してクーパー対
とあるいはフォノンと相互作用し、低エネルギー状態へ
緩和する。この過程で再びクーパー対が壊れ、新たに準
粒子が生成され、第４図(a)に図解するように、トンネ
ルバリア４がない場合には、上部電極内に拡散する。例
えば波長１μｍの光により励起された準粒子は、フェル
ミエネルギーと同程度のエネルギー（≒104Ｋで速度の
増加は105cm/sec）をもつため、パウリ排他律による電
子−電子相互作用の確率低下は起こらず、短時間（10
-14sec）にクーパー対と衝突し、準粒子励起が生じるこ
とになる。また、この準粒子の運動で生じる磁界による
クーパー対破壊も同程度の時間起きる。この準粒子は、
空間的に拡がるため最後的にフォノンを放出し、クーパ
ー対にもどるまでトンネル電流に寄与する。従って、電
流の立ち下りは、準粒子のクーパー対への緩和時間（≒
10-10sec）だけ続き、尾を引くことになる。
と狭い。このため波長が１mmまでの遠赤外光に対しても
準粒子は励起され、トンネル電流が流れる。従って、広
い波長域にわたって高速の光信号を検出することができ
る。一方、高いエネルギーをもつ波長の短い赤外線が入
射した場合、準粒子緩和による時間遅れか起き、応答速
度の低下が生じる。すなわち、高エネルギーに励起した
準粒子は、クーロン力あるいは磁場を介してクーパー対
とあるいはフォノンと相互作用し、低エネルギー状態へ
緩和する。この過程で再びクーパー対が壊れ、新たに準
粒子が生成され、第４図(a)に図解するように、トンネ
ルバリア４がない場合には、上部電極内に拡散する。例
えば波長１μｍの光により励起された準粒子は、フェル
ミエネルギーと同程度のエネルギー（≒104Ｋで速度の
増加は105cm/sec）をもつため、パウリ排他律による電
子−電子相互作用の確率低下は起こらず、短時間（10
-14sec）にクーパー対と衝突し、準粒子励起が生じるこ
とになる。また、この準粒子の運動で生じる磁界による
クーパー対破壊も同程度の時間起きる。この準粒子は、
空間的に拡がるため最後的にフォノンを放出し、クーパ
ー対にもどるまでトンネル電流に寄与する。従って、電
流の立ち下りは、準粒子のクーパー対への緩和時間（≒
10-10sec）だけ続き、尾を引くことになる。
他方、第４図(b)に図解するように、上部電極５中にト
ンネルバリア４を形成し、それを超伝導状態とすると先
に述べた様に準粒子のトンネルは起こりにくい。このた
め光励起で生じた準粒子の拡散運動はバリアで止めら
れ、上部電極５内の広い空間領域への拡散は起きない。
更に、電極の外に拡散したとしても、それがバリアで囲
まれた領域に再び浸入する確率は小さい。このように、
光により励起した準粒子はバリアで囲まれた狭い領域に
閉じ込められるため、空間的に拡がることで生じる立ち
下りの遅れはなくなり、高速応答が可能となる。なお、
第４図からわかるように、電流は下部電極から上部電極
へと流さねばならない。
ンネルバリア４を形成し、それを超伝導状態とすると先
に述べた様に準粒子のトンネルは起こりにくい。このた
め光励起で生じた準粒子の拡散運動はバリアで止めら
れ、上部電極５内の広い空間領域への拡散は起きない。
更に、電極の外に拡散したとしても、それがバリアで囲
まれた領域に再び浸入する確率は小さい。このように、
光により励起した準粒子はバリアで囲まれた狭い領域に
閉じ込められるため、空間的に拡がることで生じる立ち
下りの遅れはなくなり、高速応答が可能となる。なお、
第４図からわかるように、電流は下部電極から上部電極
へと流さねばならない。
実施例 以下、本発明の実施例を説明する。しかし、本発明はは
これら実施例になんら限定されるものではない。
これら実施例になんら限定されるものではない。
実施例１ Ba(Pb0.7Bi0.3)1.5O4なる組成の磁器をターゲットとし
て、高周波スパッタでアルゴンと酸素の各50％の混合気
体のガス圧10-1Torr下、プレート電圧1.4KVにおいて、5
00℃に加熱したSrTiO3単結晶基板(110)面上に、厚さ約
１５００ÅのBaPb0.7Bi0.3O3なる組成の単結晶薄膜を形
成した。こうして得られた薄膜は８〜９Ｋの超伝導温度
をもつ。次に、その単結晶薄膜をフォトリングラフ法と
化学エッチ法により下部電極に成形する。次にバリア層
としてAl2O3を約30Åの厚さに形成した。この場合Al2O3
磁器をターゲットとしてＲＦスパッタ法で、基板温度30
0℃で堆積さセた。このAl2O3バリア層の上に基板温度は
300℃と変えずに直ちに高周波スパッタ法で他の条件は
下部電極形成と同じスパッタ条件でBaPb0.7Bi0.3O3の多
結晶薄膜を厚さ2000Å堆積させた。この多結晶薄膜は、
結晶粒界に沿って基板に垂直にトンネルバリアが形成さ
れており、Al2O3バリアよりも、ジョゼフソン臨界電流
値が大きい。従って、電極内のトンネル接合を超伝導状
態としたまま、Al2O3バリアを電圧状態にすることが可
能であり、準粒子トンネル電流変化を観測することで光
検出ができた。
て、高周波スパッタでアルゴンと酸素の各50％の混合気
体のガス圧10-1Torr下、プレート電圧1.4KVにおいて、5
00℃に加熱したSrTiO3単結晶基板(110)面上に、厚さ約
１５００ÅのBaPb0.7Bi0.3O3なる組成の単結晶薄膜を形
成した。こうして得られた薄膜は８〜９Ｋの超伝導温度
をもつ。次に、その単結晶薄膜をフォトリングラフ法と
化学エッチ法により下部電極に成形する。次にバリア層
としてAl2O3を約30Åの厚さに形成した。この場合Al2O3
磁器をターゲットとしてＲＦスパッタ法で、基板温度30
0℃で堆積さセた。このAl2O3バリア層の上に基板温度は
300℃と変えずに直ちに高周波スパッタ法で他の条件は
下部電極形成と同じスパッタ条件でBaPb0.7Bi0.3O3の多
結晶薄膜を厚さ2000Å堆積させた。この多結晶薄膜は、
結晶粒界に沿って基板に垂直にトンネルバリアが形成さ
れており、Al2O3バリアよりも、ジョゼフソン臨界電流
値が大きい。従って、電極内のトンネル接合を超伝導状
態としたまま、Al2O3バリアを電圧状態にすることが可
能であり、準粒子トンネル電流変化を観測することで光
検出ができた。
実施例２ 高周波スパッタ法により500℃に加熱したサファイア基
板上にNb金属薄膜を約3000Å堆積して、下部電極を形成
する。次にバリア層としてAl2O3を下部電極上に約30Å
の厚さに、電子ビーム蒸着法により堆積させる。このAl
2O3バリア層上に、直ちに、Pb覆結晶金属薄膜を形成す
る。Pbは、純酸素10-1Torrのベルジャー内で蒸着法によ
り堆積した。その結果形成された上部電極の多結晶膜
は、結晶粒界に沿って薄い酸化膜が蒸着中に形成されト
ンネルバリアとなる。このトンネルバリアはAl2O3バリ
アよりもジョゼフソン臨界電流値が大きく、従って、前
述の動作が可能であり、高速の光検出ができる。
板上にNb金属薄膜を約3000Å堆積して、下部電極を形成
する。次にバリア層としてAl2O3を下部電極上に約30Å
の厚さに、電子ビーム蒸着法により堆積させる。このAl
2O3バリア層上に、直ちに、Pb覆結晶金属薄膜を形成す
る。Pbは、純酸素10-1Torrのベルジャー内で蒸着法によ
り堆積した。その結果形成された上部電極の多結晶膜
は、結晶粒界に沿って薄い酸化膜が蒸着中に形成されト
ンネルバリアとなる。このトンネルバリアはAl2O3バリ
アよりもジョゼフソン臨界電流値が大きく、従って、前
述の動作が可能であり、高速の光検出ができる。
発明の効果 以上説明したように、本発明の光検出器は赤外の広い波
長域で弱い光を高周波まで電気信号に変換することがで
きる。この電気信号は、超伝導トンネル接合の電流変化
であるため、高速スイッチング特性をもつジョゼフソン
接合を用いた回路系と同一冷却槽中で接続し、信号処理
の動作をさせることができる。このような点から赤外域
での高速光通信用あるいは高速の物理現象解析用の検出
器として有用である。
長域で弱い光を高周波まで電気信号に変換することがで
きる。この電気信号は、超伝導トンネル接合の電流変化
であるため、高速スイッチング特性をもつジョゼフソン
接合を用いた回路系と同一冷却槽中で接続し、信号処理
の動作をさせることができる。このような点から赤外域
での高速光通信用あるいは高速の物理現象解析用の検出
器として有用である。
第１図は本発明の光検出器の断面図、 第２図は検出器の電流−電圧特性と動作特性を示すグラ
フ、 第３図は測定回路系の一例の回路図、 第４図は光励起準粒子の電極内での挙動を説明するもの
で、(a)は、上部電極内にトンネルバリアがない場合、
(b)は、上部電極内に超伝導状態のトンネルバリアがあ
る場合である。 （主な参照番号） １……基板、２……下部電極、３……トンネルバリアを
なす中間層、４……トンネルバリア、５……上部電極、
６……絶縁層、７……入射光、８……定電圧源、９……
光検出器、Ｒ……負荷抵抗
フ、 第３図は測定回路系の一例の回路図、 第４図は光励起準粒子の電極内での挙動を説明するもの
で、(a)は、上部電極内にトンネルバリアがない場合、
(b)は、上部電極内に超伝導状態のトンネルバリアがあ
る場合である。 （主な参照番号） １……基板、２……下部電極、３……トンネルバリアを
なす中間層、４……トンネルバリア、５……上部電極、
６……絶縁層、７……入射光、８……定電圧源、９……
光検出器、Ｒ……負荷抵抗
Claims (3)
- 【請求項１】超伝導体薄膜からなる下部電極と、該下部
電極上に設けられトンネル障壁を形成する中間層と、該
中間層上に設けられ垂直にトンネルバリア層が形成され
ている超伝導薄膜からなる上部電極とを具備して３層構
造からなることを特徴とする超伝導トンネル接合光検出
器。 - 【請求項２】前記上部電極は、酸化物超伝導体BaPb1-xB
ixO3（但し、0.05≦ｘ≦0.35）多結晶薄膜で形成されて
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超伝
導トンネル接合光検出器。 - 【請求項３】前記上部電極は、Pb多結晶金属薄膜で形成
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の超伝導トンネル接合光検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60172121A JPH065790B2 (ja) | 1985-08-05 | 1985-08-05 | 超伝導トンネル接合光検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60172121A JPH065790B2 (ja) | 1985-08-05 | 1985-08-05 | 超伝導トンネル接合光検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6232667A JPS6232667A (ja) | 1987-02-12 |
| JPH065790B2 true JPH065790B2 (ja) | 1994-01-19 |
Family
ID=15935940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60172121A Expired - Lifetime JPH065790B2 (ja) | 1985-08-05 | 1985-08-05 | 超伝導トンネル接合光検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH065790B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1322118C (en) * | 1987-03-05 | 1993-09-14 | Kazuo Sawada | Electricity-light transmitting composite wire |
| JPS647007A (en) * | 1987-06-30 | 1989-01-11 | Hamamatsu Photonics Kk | Optical integrated circuit |
| JPH0368181A (ja) * | 1989-08-07 | 1991-03-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 超伝導光検出デバイス |
-
1985
- 1985-08-05 JP JP60172121A patent/JPH065790B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6232667A (ja) | 1987-02-12 |
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