JPH07240533A - 放射線検出装置 - Google Patents
放射線検出装置Info
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- JPH07240533A JPH07240533A JP6029665A JP2966594A JPH07240533A JP H07240533 A JPH07240533 A JP H07240533A JP 6029665 A JP6029665 A JP 6029665A JP 2966594 A JP2966594 A JP 2966594A JP H07240533 A JPH07240533 A JP H07240533A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 エネルギ分解能の特性に優れ、熱サイクル耐
性にも優れた放射線検出装置を提供する。 【構成】 ニオブ層、立方晶系のタンタル層及び第１の
アルミニウム層がこの順番に積層された積層構造を含む
第１の超伝導体層と、前記第１のアルミニウム層上に形
成された絶縁体からなるバリア層と、前記バリア層上に
形成された第２のアルミニウム層を含む第２の超伝導体
層とを含む。
性にも優れた放射線検出装置を提供する。 【構成】 ニオブ層、立方晶系のタンタル層及び第１の
アルミニウム層がこの順番に積層された積層構造を含む
第１の超伝導体層と、前記第１のアルミニウム層上に形
成された絶縁体からなるバリア層と、前記バリア層上に
形成された第２のアルミニウム層を含む第２の超伝導体
層とを含む。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ジョセフソン接合を用
いた放射線検出装置に関する。放射線検出装置、特にＸ
線検出装置は、物性分析及び医療診断等に広く用いられ
ているが、よりエネルギ分解能の高い高性能の放射線検
出装置が望まれている。
いた放射線検出装置に関する。放射線検出装置、特にＸ
線検出装置は、物性分析及び医療診断等に広く用いられ
ているが、よりエネルギ分解能の高い高性能の放射線検
出装置が望まれている。
【０００２】ジョセフソン接合に使用される材料のエネ
ルギギャップは、通常の半導体のエネルギギャップより
も著しく小さい。このため、入射Ｘ線によって励起され
る電子数が多くなり、エネルギ分解能が向上することが
期待されている。
ルギギャップは、通常の半導体のエネルギギャップより
も著しく小さい。このため、入射Ｘ線によって励起され
る電子数が多くなり、エネルギ分解能が向上することが
期待されている。
【０００３】
【従来の技術】超伝導材料を用いた従来の放射線検出装
置として、Ｓｎ／ＳｎＯx ／Ｓｎ接合を用いたものが知
られている。W. Rothmund ( W. Rothmund and A. Zehnd
er, Superconductive Particle Detectors, edited by
A. Barone ( World Scientific, Singapore ))等は、Ｓ
ｎ／ＳｎＯx ／Ｓｎ接合を用いた放射線検出装置によ
り、入射Ｘ線強度が５．９ｋｅＶの条件下でノイズによ
る広がりを除いた場合の半値幅が３７ｅＶのエネルギ分
解能を得ている。
置として、Ｓｎ／ＳｎＯx ／Ｓｎ接合を用いたものが知
られている。W. Rothmund ( W. Rothmund and A. Zehnd
er, Superconductive Particle Detectors, edited by
A. Barone ( World Scientific, Singapore ))等は、Ｓ
ｎ／ＳｎＯx ／Ｓｎ接合を用いた放射線検出装置によ
り、入射Ｘ線強度が５．９ｋｅＶの条件下でノイズによ
る広がりを除いた場合の半値幅が３７ｅＶのエネルギ分
解能を得ている。
【０００４】しかし、Ｓｎのエネルギギャップから予想
されるエネルギ分解能の半値幅の理論値は２．５ｅＶで
あるのに対し、実験結果は１桁程度大きい。さらには、
Ｓｎは室温とヘリウム温度との熱サイクルに弱く、室温
に保持するだけでも劣化しやすいという欠点を有してい
る。
されるエネルギ分解能の半値幅の理論値は２．５ｅＶで
あるのに対し、実験結果は１桁程度大きい。さらには、
Ｓｎは室温とヘリウム温度との熱サイクルに弱く、室温
に保持するだけでも劣化しやすいという欠点を有してい
る。
【０００５】熱サイクルに強い材料を用いたジョセフソ
ン接合によるＸ線検出素子の開発が行われている。倉門
等は、Ｎｂ／ＡｌＯx −Ａｌ／Ｎｂ接合を用いたＸ線検
出素子により、５．９ｋｅＶのＸ線入射に対し、半値幅
が１６０ｅＶのエネルギ分解能を得ている（倉門等、信
学技報、ＳＣＢ９０−１９）。Ｎｂを使用することによ
り熱サイクルに対しては強くなったが、エネルギ分解能
はＳｎ／ＳｎＯx ／Ｓｎ接合を使用した場合に比べて低
くなっている。
ン接合によるＸ線検出素子の開発が行われている。倉門
等は、Ｎｂ／ＡｌＯx −Ａｌ／Ｎｂ接合を用いたＸ線検
出素子により、５．９ｋｅＶのＸ線入射に対し、半値幅
が１６０ｅＶのエネルギ分解能を得ている（倉門等、信
学技報、ＳＣＢ９０−１９）。Ｎｂを使用することによ
り熱サイクルに対しては強くなったが、エネルギ分解能
はＳｎ／ＳｎＯx ／Ｓｎ接合を使用した場合に比べて低
くなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、エネ
ルギ分解能の特性に優れ、熱サイクル耐性にも優れた放
射線検出装置を提供することである。
ルギ分解能の特性に優れ、熱サイクル耐性にも優れた放
射線検出装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の放射線検出装置
は、ニオブ層、立方晶系のタンタル層及び第１のアルミ
ニウム層がこの順番に積層された積層構造を含む第１の
超伝導体層と、前記第１のアルミニウム層上に形成され
た絶縁体からなるバリア層と、前記バリア層上に形成さ
れた第２のアルミニウム層を含む第２の超伝導体層とを
含む。
は、ニオブ層、立方晶系のタンタル層及び第１のアルミ
ニウム層がこの順番に積層された積層構造を含む第１の
超伝導体層と、前記第１のアルミニウム層上に形成され
た絶縁体からなるバリア層と、前記バリア層上に形成さ
れた第２のアルミニウム層を含む第２の超伝導体層とを
含む。
【０００８】
【作用】Ｓｉ基板上にＴａ薄膜を形成すると、形成され
たＴａ薄膜は、超伝導転移温度が１．７Ｋの正方晶系に
なりやすい。立方晶系のＴａ薄膜を得るためには基板を
約３００℃程度に加熱しなければならない。バッファ層
としてＮｂ薄膜を介してＴａ薄膜を形成することによ
り、基板を加熱することなく超伝導転移温度が４．５Ｋ
の立方晶系のＴａ薄膜を得ることができる。
たＴａ薄膜は、超伝導転移温度が１．７Ｋの正方晶系に
なりやすい。立方晶系のＴａ薄膜を得るためには基板を
約３００℃程度に加熱しなければならない。バッファ層
としてＮｂ薄膜を介してＴａ薄膜を形成することによ
り、基板を加熱することなく超伝導転移温度が４．５Ｋ
の立方晶系のＴａ薄膜を得ることができる。
【０００９】Ｔａの準粒子寿命は、Ｎｂ等に比べて長い
ため、放射線照射によって生成した準粒子が再結合によ
って失われることを抑制することができる。Ｎｂのエネ
ルギギャップは、Ｔａのエネルギギャップよりも大きい
ため、Ｎｂの準粒子に対するエネルギバンドレベルはＴ
ａの準粒子に対するエネルギバンドレベルよりも高い。
このため、放射線照射によりＴａ層で生成した準粒子が
Ｎｂ層側に流れることを防止できる。
ため、放射線照射によって生成した準粒子が再結合によ
って失われることを抑制することができる。Ｎｂのエネ
ルギギャップは、Ｔａのエネルギギャップよりも大きい
ため、Ｎｂの準粒子に対するエネルギバンドレベルはＴ
ａの準粒子に対するエネルギバンドレベルよりも高い。
このため、放射線照射によりＴａ層で生成した準粒子が
Ｎｂ層側に流れることを防止できる。
【００１０】Ａｌのエネルギギャップは、Ｔａのエネル
ギギャップよりも小さいため、Ａｌの準粒子に対するエ
ネルギバンドレベルはＴａの準粒子に対するエネルギバ
ンドレベルよりも低い。このため、Ｔａ層に接してＡｌ
層を設けることにより、Ｔａ層で生成した準粒子をＡｌ
層側に捕集することができる。
ギギャップよりも小さいため、Ａｌの準粒子に対するエ
ネルギバンドレベルはＴａの準粒子に対するエネルギバ
ンドレベルよりも低い。このため、Ｔａ層に接してＡｌ
層を設けることにより、Ｔａ層で生成した準粒子をＡｌ
層側に捕集することができる。
【００１１】Ａｌ層に捕集された準粒子は、トンネル効
果によりバリア層を透過する。従って、放射線照射によ
って生成した準粒子を効率的に電気信号として取り出す
ことができる。
果によりバリア層を透過する。従って、放射線照射によ
って生成した準粒子を効率的に電気信号として取り出す
ことができる。
【００１２】バリア層の他方の電極もＡｌ層とすること
により、バリア層両側の準粒子レベルをほぼ等しくする
ことができる。これにより、一方のＡｌ層に捕集された
準粒子を容易に他方のＡｌ層にトンネルさせることがで
きる。
により、バリア層両側の準粒子レベルをほぼ等しくする
ことができる。これにより、一方のＡｌ層に捕集された
準粒子を容易に他方のＡｌ層にトンネルさせることがで
きる。
【００１３】
【実施例】本発明の実施例について図１を参照して説明
する。図１は、本発明の実施例による放射線検出装置の
断面図を示す。シリコン基板１上の所定の領域にＮｂ下
部電極層２及びＴａ下部電極層３の２層からなる積層が
形成されている。Ｔａ下部電極層３上の所定の領域に、
Ａｌ下部電極層４、ＡｌＯx バリア層５、Ａｌ上部電極
層６及びＶ上部電極層７がこの順番で積層されている。
する。図１は、本発明の実施例による放射線検出装置の
断面図を示す。シリコン基板１上の所定の領域にＮｂ下
部電極層２及びＴａ下部電極層３の２層からなる積層が
形成されている。Ｔａ下部電極層３上の所定の領域に、
Ａｌ下部電極層４、ＡｌＯx バリア層５、Ａｌ上部電極
層６及びＶ上部電極層７がこの順番で積層されている。
【００１４】Ｓｉ基板１及び上記積層を覆うようにＳｉ
Ｏ2 膜８が形成されている。ＳｉＯ 2 膜８に設けられた
コンタクトホールを介してＴａ下部電極層３及びＶ上部
電極層７に接続するようにそれぞれＮｂ配線９及び１０
が形成されている。
Ｏ2 膜８が形成されている。ＳｉＯ 2 膜８に設けられた
コンタクトホールを介してＴａ下部電極層３及びＶ上部
電極層７に接続するようにそれぞれＮｂ配線９及び１０
が形成されている。
【００１５】ＡｌＯx バリア層５より下の下部電極は、
Ａｌ／Ｔａ／Ｎｂの３層構造になっている。これは、本
願発明者等が「Ａｌ／Ｔａ／Ｎｂ構造をもつＸ線検出用
ジョセフソン接合の作成」（信学技報、ＳＣＥ９３−３
８）に発表した構造と同様のものである。以下、下部電
極をＡｌ／Ｔａ／Ｎｂの３層構造とした理由について説
明する。
Ａｌ／Ｔａ／Ｎｂの３層構造になっている。これは、本
願発明者等が「Ａｌ／Ｔａ／Ｎｂ構造をもつＸ線検出用
ジョセフソン接合の作成」（信学技報、ＳＣＥ９３−３
８）に発表した構造と同様のものである。以下、下部電
極をＡｌ／Ｔａ／Ｎｂの３層構造とした理由について説
明する。
【００１６】従来のＳｎ／ＳｎＯx ／Ｓｎ構造のエネル
ギ分解能が理論値より悪いのは、Ｘ線照射によって生成
した準粒子の収集効率が悪いためと考えられる。準粒子
の収集効率を向上させるためには、生成した準粒子が接
合バリアをトンネルする前に減少することを防止する必
要がある。
ギ分解能が理論値より悪いのは、Ｘ線照射によって生成
した準粒子の収集効率が悪いためと考えられる。準粒子
の収集効率を向上させるためには、生成した準粒子が接
合バリアをトンネルする前に減少することを防止する必
要がある。
【００１７】準粒子の減少の原因としては、準粒子が再
結合して電子対になる場合、及び準粒子が配線または基
板を通して逃げてしまう場合等が考えられる。準粒子の
再結合を抑制するためには、準粒子の寿命の長い材料を
使用すればよいと考えられる。
結合して電子対になる場合、及び準粒子が配線または基
板を通して逃げてしまう場合等が考えられる。準粒子の
再結合を抑制するためには、準粒子の寿命の長い材料を
使用すればよいと考えられる。
【００１８】図５は、超伝導体の転移温度、準粒子寿
命、放射線吸収能を示す。ここで、放射線吸収能とは、
１０ｋｅＶの入射Ｘ線を９０％吸収するために必要な膜
厚を単位μｍで表したものである。従って、数値が小さ
い程放射線吸収能は高い。図５に示すように、Ｔａの準
粒子寿命は１．７８ｎｓであり、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｎｂ等に
比べて長く、Ｓｎの準粒子寿命に近い。さらにＴａは、
放射線吸収能が高いため、膜厚が薄い場合でも効率的に
Ｘ線を吸収することができる。
命、放射線吸収能を示す。ここで、放射線吸収能とは、
１０ｋｅＶの入射Ｘ線を９０％吸収するために必要な膜
厚を単位μｍで表したものである。従って、数値が小さ
い程放射線吸収能は高い。図５に示すように、Ｔａの準
粒子寿命は１．７８ｎｓであり、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｎｂ等に
比べて長く、Ｓｎの準粒子寿命に近い。さらにＴａは、
放射線吸収能が高いため、膜厚が薄い場合でも効率的に
Ｘ線を吸収することができる。
【００１９】Ａｌの準粒子寿命は４３８ｎｓと長いが放
射線吸収能が低いため、放射線検出装置用材料としては
適さない。そこで、Ｘ線吸収層としてＴａを使用するこ
ととした。
射線吸収能が低いため、放射線検出装置用材料としては
適さない。そこで、Ｘ線吸収層としてＴａを使用するこ
ととした。
【００２０】バルク状のＴａは通常立方晶系であるが、
Ｓｉ基板上に成長させると正方晶系になりやすい。正方
晶系Ｔａ（ｔｅｔｒａ−Ｔａ）の転移温度は１．７Ｋで
あり、体心立方晶系Ｔａ（ｂｃｃ−Ｔａ）の転移温度
４．５Ｋよりも低い。従って、放射線検出装置には立方
晶系のＴａが適している。
Ｓｉ基板上に成長させると正方晶系になりやすい。正方
晶系Ｔａ（ｔｅｔｒａ−Ｔａ）の転移温度は１．７Ｋで
あり、体心立方晶系Ｔａ（ｂｃｃ−Ｔａ）の転移温度
４．５Ｋよりも低い。従って、放射線検出装置には立方
晶系のＴａが適している。
【００２１】基板温度３００℃以上でＳｉ上にＴａを成
長させると、ｂｃｃ−Ｔａ薄膜が得られることが知られ
ている。しかし、基板を加熱してＳｉ／Ｔａ接合を作製
すると、接合界面の乱れが生じることが予想され、放射
線検出用の接合としては好ましくない。
長させると、ｂｃｃ−Ｔａ薄膜が得られることが知られ
ている。しかし、基板を加熱してＳｉ／Ｔａ接合を作製
すると、接合界面の乱れが生じることが予想され、放射
線検出用の接合としては好ましくない。
【００２２】図６は、膜厚２００ｎｍのＴａ薄膜を、
（１００）Ｓｉ基板上に直接形成した場合、及びＳｉ基
板上にバッファ層としてＡｌ、ＺｒまたはＮｂを形成し
た後に膜厚２００ｎｍのＴａ薄膜を形成した場合のＸ線
回折結果を示す。各バッファ層及びＴａ薄膜は、ＤＣマ
グネトロンスパッタにより成膜したものであり、バッフ
ァ層の厚さはいずれも１０ｎｍである。横軸は回折角２
θを単位度で表し、縦軸はＸ線強度を相対目盛りで表
す。
（１００）Ｓｉ基板上に直接形成した場合、及びＳｉ基
板上にバッファ層としてＡｌ、ＺｒまたはＮｂを形成し
た後に膜厚２００ｎｍのＴａ薄膜を形成した場合のＸ線
回折結果を示す。各バッファ層及びＴａ薄膜は、ＤＣマ
グネトロンスパッタにより成膜したものであり、バッフ
ァ層の厚さはいずれも１０ｎｍである。横軸は回折角２
θを単位度で表し、縦軸はＸ線強度を相対目盛りで表
す。
【００２３】Ｓｉ基板上に直接形成したＴａ薄膜の場合
は、ｔｅｔｒａ−Ｔａを示すピークが見られるのに対
し、バッファ層を介して形成したＴａ薄膜の場合にはｂ
ｃｃ−Ｔａを示すピークが見られる。このように、バッ
ファ層としてＡｌ、ＺｒまたはＮｂを使用することによ
り、基板を加熱することなくｂｃｃ−Ｔａ薄膜を形成す
ることができる。
は、ｔｅｔｒａ−Ｔａを示すピークが見られるのに対
し、バッファ層を介して形成したＴａ薄膜の場合にはｂ
ｃｃ−Ｔａを示すピークが見られる。このように、バッ
ファ層としてＡｌ、ＺｒまたはＮｂを使用することによ
り、基板を加熱することなくｂｃｃ−Ｔａ薄膜を形成す
ることができる。
【００２４】しかし、バッファ層としてＡｌを使用した
場合のピーク強度は低い。また、Ａｌ上のＴａ薄膜は
４．２Ｋで超伝導特性を示さなかった。これは、ｂｃｃ
−Ｔａに対して格子不整合の度合いが大きいために完全
なｂｃｃ−ＴａがＡｌ上には成長していないためと考え
られる。
場合のピーク強度は低い。また、Ａｌ上のＴａ薄膜は
４．２Ｋで超伝導特性を示さなかった。これは、ｂｃｃ
−Ｔａに対して格子不整合の度合いが大きいために完全
なｂｃｃ−ＴａがＡｌ上には成長していないためと考え
られる。
【００２５】４．２Ｋで超伝導特性を示す立方晶系Ｔａ
薄膜を得るためには、バッファ層としてＺｒまたはＮｂ
を使用することができるが、後に述べる理由によりＮｂ
を使用することとした。
薄膜を得るためには、バッファ層としてＺｒまたはＮｂ
を使用することができるが、後に述べる理由によりＮｂ
を使用することとした。
【００２６】バリア層としては、準粒子寿命が長く、超
伝導特性及びバリアとしての高品質性を考慮し、Ｔａ薄
膜上にＡｌを堆積し、その表面を酸化したＡｌＯx を使
用することとした。
伝導特性及びバリアとしての高品質性を考慮し、Ｔａ薄
膜上にＡｌを堆積し、その表面を酸化したＡｌＯx を使
用することとした。
【００２７】次に、図２を参照して本実施例の効果につ
いて説明する。図２は、図１に示す放射線検出装置のエ
ネルギバンド図を示す。バリア層５の図中左側が下部電
極、右側が上部電極を示す。図の鎖線はフェルミレベ
ル、実線は準粒子に対するエネルギバンドレベルを示
す。下部電極に対して上部電極に正の電圧が印加されて
いる。そのため、上部電極側のフェルミレベルが下部電
極側のフェルミレベルよりも低くなっている。
いて説明する。図２は、図１に示す放射線検出装置のエ
ネルギバンド図を示す。バリア層５の図中左側が下部電
極、右側が上部電極を示す。図の鎖線はフェルミレベ
ル、実線は準粒子に対するエネルギバンドレベルを示
す。下部電極に対して上部電極に正の電圧が印加されて
いる。そのため、上部電極側のフェルミレベルが下部電
極側のフェルミレベルよりも低くなっている。
【００２８】まず、下部電極側について説明する。Ｎｂ
及びＴａのエネルギギャップは、それぞれ１．５ｍｅＶ
及び０．７ｍｅＶであるため、Ｎｂ下部電極層２とＴａ
下部電極層３との界面に準粒子に対するバリアが生ず
る。このため、Ｔａ下部電極層３で発生した準粒子がＳ
ｉ基板１に流れることを防止することができる。
及びＴａのエネルギギャップは、それぞれ１．５ｍｅＶ
及び０．７ｍｅＶであるため、Ｎｂ下部電極層２とＴａ
下部電極層３との界面に準粒子に対するバリアが生ず
る。このため、Ｔａ下部電極層３で発生した準粒子がＳ
ｉ基板１に流れることを防止することができる。
【００２９】Ｎｂ下部電極層２を、ｂｃｃ−Ｔａ薄膜を
形成するための単なるバッファ層として使用する場合に
は、Ｎｂ下部電極層２の膜厚は１０ｎｍ程度で十分であ
る。しかし、Ｎｂ下部電極層２を準粒子に対するバリア
層として使用するためには、３０〜１００ｎｍ程度の膜
厚にすることが好ましい。
形成するための単なるバッファ層として使用する場合に
は、Ｎｂ下部電極層２の膜厚は１０ｎｍ程度で十分であ
る。しかし、Ｎｂ下部電極層２を準粒子に対するバリア
層として使用するためには、３０〜１００ｎｍ程度の膜
厚にすることが好ましい。
【００３０】Ａｌのエネルギギャップは０．１８ｍｅＶ
であり、Ｔａに比べて小さいため、Ａｌ下部電極層４の
準粒子に対するエネルギバンドレベルはＴａ下部電極層
３の準粒子に対するエネルギバンドレベルよりも低い。
このため、Ｔａ下部電極層３の準粒子はＡｌ下部電極層
４に集められる。
であり、Ｔａに比べて小さいため、Ａｌ下部電極層４の
準粒子に対するエネルギバンドレベルはＴａ下部電極層
３の準粒子に対するエネルギバンドレベルよりも低い。
このため、Ｔａ下部電極層３の準粒子はＡｌ下部電極層
４に集められる。
【００３１】Ｔａ下部電極層３にＸ線が入射すると、電
子対２０が励起されて準粒子２１が生成される。準粒子
２１は、前述のようにポテンシャルバリアのあるＮｂ下
部電極層２へは流れず、準粒子に対するエネルギバンド
レベルの低いＡｌ下部電極層４に捕集される。Ａｌの準
粒子寿命は長く、またＴａの準粒子寿命も比較的長いた
め、再結合による準粒子の減少を抑制することができ
る。
子対２０が励起されて準粒子２１が生成される。準粒子
２１は、前述のようにポテンシャルバリアのあるＮｂ下
部電極層２へは流れず、準粒子に対するエネルギバンド
レベルの低いＡｌ下部電極層４に捕集される。Ａｌの準
粒子寿命は長く、またＴａの準粒子寿命も比較的長いた
め、再結合による準粒子の減少を抑制することができ
る。
【００３２】次に、上部電極側について説明する。バリ
ア層５の両側は、共にＡｌ層であるため、準粒子に対す
るエネルギバンドレベルはほぼ等しく、フェルミレベル
の差に等しいエネルギ差のみが生じる。バリア層５の両
側の準粒子に対するエネルギバンドレベルがほぼ等しい
ため、バリア層５が十分薄ければＡｌ下部電極層４に捕
集された準粒子はＡｌ上部電極層６に容易にトンネルす
る。このため、下部電極から上部電極にトンネル電流が
流れやすくなり、効果的に電気信号として取り出すこと
ができる。
ア層５の両側は、共にＡｌ層であるため、準粒子に対す
るエネルギバンドレベルはほぼ等しく、フェルミレベル
の差に等しいエネルギ差のみが生じる。バリア層５の両
側の準粒子に対するエネルギバンドレベルがほぼ等しい
ため、バリア層５が十分薄ければＡｌ下部電極層４に捕
集された準粒子はＡｌ上部電極層６に容易にトンネルす
る。このため、下部電極から上部電極にトンネル電流が
流れやすくなり、効果的に電気信号として取り出すこと
ができる。
【００３３】Ａｌは酸化されやすいため、Ａｌ上部電極
層６を形成後同一工程でバナジウム（Ｖ）層７を形成
し、Ａｌ上部電極層６が直接大気に晒されることを防止
する。バナジウムは酸化されにくいため、Ａｌ上部電極
層６の酸化を防止することができる。また、Ｔａと異な
ってＶは下地の膜の結晶性に依存することなく、ｂｃｃ
−Ｖ（転移温度５．４Ｋ）が容易に作成される。
層６を形成後同一工程でバナジウム（Ｖ）層７を形成
し、Ａｌ上部電極層６が直接大気に晒されることを防止
する。バナジウムは酸化されにくいため、Ａｌ上部電極
層６の酸化を防止することができる。また、Ｔａと異な
ってＶは下地の膜の結晶性に依存することなく、ｂｃｃ
−Ｖ（転移温度５．４Ｋ）が容易に作成される。
【００３４】図３を参照して、上記実施例による放射線
検出装置の作製方法について説明する。図３（Ａ）に示
すように、Ｓｉ基板１上に基板加熱をしないでＤＣマグ
ネトロンスパッタにより、Ｎｂ下部電極層２、Ｔａ下部
電極層３及びＡｌ下部電極層４を堆積する。Ｎｂ下部電
極層２の厚さは約５０ｎｍ、Ｔａ下部電極層３の厚さは
約２００ｎｍ、Ａｌ下部電極層４の厚さは１０〜１００
ｎｍである。
検出装置の作製方法について説明する。図３（Ａ）に示
すように、Ｓｉ基板１上に基板加熱をしないでＤＣマグ
ネトロンスパッタにより、Ｎｂ下部電極層２、Ｔａ下部
電極層３及びＡｌ下部電極層４を堆積する。Ｎｂ下部電
極層２の厚さは約５０ｎｍ、Ｔａ下部電極層３の厚さは
約２００ｎｍ、Ａｌ下部電極層４の厚さは１０〜１００
ｎｍである。
【００３５】続いて、基板上に酸素ガスを供給し、Ａｌ
下部電極層４の表面を酸化して１〜２ｎｍ程度の薄いＡ
ｌＯx 接合バリア層５を形成する。さらに、ＤＣマグネ
トロンスパッタにより、Ａｌ上部電極層６及びＶ上部電
極層７を堆積する。Ａｌ上部電極層６の厚さは１０〜１
００ｎｍ、Ｖ上部電極層７の厚さは約１５０ｎｍであ
る。
下部電極層４の表面を酸化して１〜２ｎｍ程度の薄いＡ
ｌＯx 接合バリア層５を形成する。さらに、ＤＣマグネ
トロンスパッタにより、Ａｌ上部電極層６及びＶ上部電
極層７を堆積する。Ａｌ上部電極層６の厚さは１０〜１
００ｎｍ、Ｖ上部電極層７の厚さは約１５０ｎｍであ
る。
【００３６】図３（Ｂ）は、Ａｌ下部電極層４まで選択
的にエッチングする工程を示す。まず、Ｖ上部電極層７
上に、ジョセフソン接合を形成する予定の領域が残存す
るようにパターニングされたレジスト層１５を形成す
る。レジスト層１５をマスクとして、Ｖ上部電極層７を
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により選択的にエッ
チングする。エッチング条件は、ＣＦ4 ＋５％Ｏ2 ガス
を使用し、圧力７Ｐａ、印加電力５０Ｗである。
的にエッチングする工程を示す。まず、Ｖ上部電極層７
上に、ジョセフソン接合を形成する予定の領域が残存す
るようにパターニングされたレジスト層１５を形成す
る。レジスト層１５をマスクとして、Ｖ上部電極層７を
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により選択的にエッ
チングする。エッチング条件は、ＣＦ4 ＋５％Ｏ2 ガス
を使用し、圧力７Ｐａ、印加電力５０Ｗである。
【００３７】次に、同じレジスト層１５をマスクとし
て、Ａｒガスを用い、圧力１．３×１０-2Ｐａ、印加電
圧４００Ｖの条件でイオンミリングによりＡｌ上部電極
層６、ＡｌＯx 接合バリア層５及びＡｌ下部電極層４を
選択的に除去する。その後、レジスト層１５を除去す
る。
て、Ａｒガスを用い、圧力１．３×１０-2Ｐａ、印加電
圧４００Ｖの条件でイオンミリングによりＡｌ上部電極
層６、ＡｌＯx 接合バリア層５及びＡｌ下部電極層４を
選択的に除去する。その後、レジスト層１５を除去す
る。
【００３８】図３（Ｃ）は、Ｔａ下部電極層３及びＮｂ
下部電極層２を選択的にエッチングする工程を示す。図
３（Ｂ）のエッチング工程で形成されたジョセフソン接
合を含む積層部分及びＴａ下部電極層３上の下部電極引
出し用の領域を覆うように所定の領域にパターニングさ
れたレジスト層１６を形成する。
下部電極層２を選択的にエッチングする工程を示す。図
３（Ｂ）のエッチング工程で形成されたジョセフソン接
合を含む積層部分及びＴａ下部電極層３上の下部電極引
出し用の領域を覆うように所定の領域にパターニングさ
れたレジスト層１６を形成する。
【００３９】レジスト層１６をマスクとし、エッチング
ガスとしてＣＦ4 ＋５％Ｏ2 ガスを用い、圧力７Ｐａ、
印加電力５０Ｗの条件でＲＩＥによりＴａ下部電極層３
を選択的にエッチングする。
ガスとしてＣＦ4 ＋５％Ｏ2 ガスを用い、圧力７Ｐａ、
印加電力５０Ｗの条件でＲＩＥによりＴａ下部電極層３
を選択的にエッチングする。
【００４０】次に、同じレジスト層１６をマスクとし、
Ｎｂ下部電極層２をエッチングする。エッチング条件
は、ＣＦ4 ＋５％Ｏ2 ガスを使用し、圧力７Ｐａ、印加
電力５０Ｗである。レジスト層１６を除去する。
Ｎｂ下部電極層２をエッチングする。エッチング条件
は、ＣＦ4 ＋５％Ｏ2 ガスを使用し、圧力７Ｐａ、印加
電力５０Ｗである。レジスト層１６を除去する。
【００４１】図３（Ｄ）は、層間絶縁膜及びコンタクト
ホールを形成する工程を示す。基板全面に、電力９００
Ｗ、圧力１．３Ｐａの条件でＡｒガスを用いたスパッタ
により厚さ約４００ｎｍのＳｉＯ2 層８を堆積する。次
に、コンタクトホール形成領域が開口するようにパター
ニングされたレジスト層をマスクとし、エッチングガス
としてＣＨＦ3 ＋Ｏ2 ガスを用い、圧力７Ｐａ、印加電
力１００Ｗの条件でＲＩＥによりＳｉＯ2 層８を選択的
にエッチングする。
ホールを形成する工程を示す。基板全面に、電力９００
Ｗ、圧力１．３Ｐａの条件でＡｒガスを用いたスパッタ
により厚さ約４００ｎｍのＳｉＯ2 層８を堆積する。次
に、コンタクトホール形成領域が開口するようにパター
ニングされたレジスト層をマスクとし、エッチングガス
としてＣＨＦ3 ＋Ｏ2 ガスを用い、圧力７Ｐａ、印加電
力１００Ｗの条件でＲＩＥによりＳｉＯ2 層８を選択的
にエッチングする。
【００４２】次に、基板上の所定領域にＮｂ配線を形成
することにより、図１に示す放射線検出装置を作製する
ことができる。Ｎｂ配線の膜厚は約６００ｎｍである。
図４を参照して、本発明の実施例の変形例について説明
する。
することにより、図１に示す放射線検出装置を作製する
ことができる。Ｎｂ配線の膜厚は約６００ｎｍである。
図４を参照して、本発明の実施例の変形例について説明
する。
【００４３】図４は、本発明の実施例の変形例による放
射線検出装置の断面図を示す。図１に示す放射線検出装
置のＳｉ基板１の裏面にＴａ層１１が形成されている。
Ｔａ層１１及びＳｉ基板１には、ジョセフソン接合領域
に対応する領域に開口１２が形成されている。
射線検出装置の断面図を示す。図１に示す放射線検出装
置のＳｉ基板１の裏面にＴａ層１１が形成されている。
Ｔａ層１１及びＳｉ基板１には、ジョセフソン接合領域
に対応する領域に開口１２が形成されている。
【００４４】次に、Ｔａ層１１及びＳｉ基板１に開口１
２を形成する方法について説明する。図３（Ａ）に示す
工程により、Ｓｉ基板１上にＶ上部電極層７までの積層
を形成した後、図３（Ｂ）のエッチング工程を行う前に
開口１２を形成する。
２を形成する方法について説明する。図３（Ａ）に示す
工程により、Ｓｉ基板１上にＶ上部電極層７までの積層
を形成した後、図３（Ｂ）のエッチング工程を行う前に
開口１２を形成する。
【００４５】Ｓｉ基板１の裏面にスパッタによりＴａ層
１１を堆積後、Ｔａ層１１及びＳｉ基板１を選択的にエ
ッチングし、開口１２を形成する。Ｔａの場合はＣＦ4
＋５％Ｏ2 ガスを使用し、圧力７Ｐａ、印加電力５０Ｗ
でＲＩＥにより、ＳｉはＫＯＨ溶液によるウエットエッ
チングにより、除去する。
１１を堆積後、Ｔａ層１１及びＳｉ基板１を選択的にエ
ッチングし、開口１２を形成する。Ｔａの場合はＣＦ4
＋５％Ｏ2 ガスを使用し、圧力７Ｐａ、印加電力５０Ｗ
でＲＩＥにより、ＳｉはＫＯＨ溶液によるウエットエッ
チングにより、除去する。
【００４６】放射線はＴａ層１１の底面から照射され、
開口１２を通してＮｂ下部電極層２及びＴａ下部電極層
３に入射する。開口１２以外の領域に照射された放射線
は、Ｔａ層１１によって遮られＴａ下部電極層３には入
射しない。従って、照射された放射線のうち、開口１２
を通ってＴａ下部電極層３に入射した放射線のみを検出
することができる。
開口１２を通してＮｂ下部電極層２及びＴａ下部電極層
３に入射する。開口１２以外の領域に照射された放射線
は、Ｔａ層１１によって遮られＴａ下部電極層３には入
射しない。従って、照射された放射線のうち、開口１２
を通ってＴａ下部電極層３に入射した放射線のみを検出
することができる。
【００４７】図４に示す放射線検出装置を二次元状に配
列すると、二次元の位置検出機能を併せ持つ放射線検出
装置を作製することができる。以上実施例に沿って本発
明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものでは
ない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能
なことは当業者に自明であろう。
列すると、二次元の位置検出機能を併せ持つ放射線検出
装置を作製することができる。以上実施例に沿って本発
明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものでは
ない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能
なことは当業者に自明であろう。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
放射線入射により生成した準粒子の寿命が長く、効率的
に準粒子をトンネルさせることができる放射線検出装置
を得ることができる。また、熱サイクル耐性の優れた放
射線検出装置を得ることができる。このため、放射線検
出装置のエネルギ分解能が向上することが期待できる。
放射線入射により生成した準粒子の寿命が長く、効率的
に準粒子をトンネルさせることができる放射線検出装置
を得ることができる。また、熱サイクル耐性の優れた放
射線検出装置を得ることができる。このため、放射線検
出装置のエネルギ分解能が向上することが期待できる。
【図１】本発明の実施例による放射線検出装置の断面図
である。
である。
【図２】本発明の実施例による放射線検出装置のエネル
ギバンド図である。
ギバンド図である。
【図３】本発明の実施例による放射線検出装置の製造方
法を説明するための基板の断面図である。
法を説明するための基板の断面図である。
【図４】本発明の実施例の変形例による放射線検出装置
の断面図である。
の断面図である。
【図５】超伝導体の超伝導転移温度、準粒子寿命及び放
射線吸収能を示す図表である。
射線吸収能を示す図表である。
【図６】Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ及びＮｂ表面に形成したＴａ
薄膜のＸ線回折結果を示すグラフである。
薄膜のＸ線回折結果を示すグラフである。
１ Ｓｉ基板 ２ Ｎｂ下部電極層 ３ Ｔａ下部電極層 ４ Ａｌ下部電極層 ５ ＡｌＯx バリア層 ６ Ａｌ上部電極層 ７ Ｖ上部電極層 ８ ＳｉＯ2 層 ９、１０ Ｎｂ配線層 １１ Ｔａ層 １２ 開口 １５、１６ レジスト層 ２０ 電子対 ２１ 準粒子
Claims (4)
- 【請求項１】 ニオブ層、立方晶系のタンタル層及び第
１のアルミニウム層がこの順番に積層された積層構造を
含む第１の超伝導体層と、 前記第１のアルミニウム層上に形成された絶縁体からな
るバリア層と、 前記バリア層上に形成された第２のアルミニウム層を含
む第２の超伝導体層とを含む放射線検出装置。 - 【請求項２】 前記第２の超伝導体層は、さらに、前記
第２のアルミニウム層上に形成されたバナジウム層を含
む請求項１記載の放射線検出装置。 - 【請求項３】 さらに、それぞれ前記第１及び第２の超
伝導体層に接続するように形成されたニオブからなる第
１及び第２の配線層を含む請求項１〜２のいずれかに記
載の放射線検出装置。 - 【請求項４】 さらに、前記第１の超伝導体層の所定の
領域にのみ放射線を入射させるための開口を有する放射
線遮蔽層を含む請求項１〜３のいずれかに記載の放射線
検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6029665A JPH07240533A (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | 放射線検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6029665A JPH07240533A (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | 放射線検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07240533A true JPH07240533A (ja) | 1995-09-12 |
Family
ID=12282415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6029665A Withdrawn JPH07240533A (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | 放射線検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07240533A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6232664B1 (en) | 1998-05-28 | 2001-05-15 | Fujitsu Limited | Semiconductor device having A1 alloy wiring |
| JP2007067210A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Saitama Univ | Ａｌ系超伝導フォトン検出器の製造方法、Ａｌ系超伝導フォトン検出器 |
| JP2013036814A (ja) * | 2011-08-05 | 2013-02-21 | Canon Inc | 軟ｘ線検出装置、及び軟ｘ線検出システム |
-
1994
- 1994-02-28 JP JP6029665A patent/JPH07240533A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6232664B1 (en) | 1998-05-28 | 2001-05-15 | Fujitsu Limited | Semiconductor device having A1 alloy wiring |
| JP2007067210A (ja) * | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Saitama Univ | Ａｌ系超伝導フォトン検出器の製造方法、Ａｌ系超伝導フォトン検出器 |
| JP2013036814A (ja) * | 2011-08-05 | 2013-02-21 | Canon Inc | 軟ｘ線検出装置、及び軟ｘ線検出システム |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010508 |