JPH07273380A - 放射線検出素子 - Google Patents
放射線検出素子Info
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- JPH07273380A JPH07273380A JP6057719A JP5771994A JPH07273380A JP H07273380 A JPH07273380 A JP H07273380A JP 6057719 A JP6057719 A JP 6057719A JP 5771994 A JP5771994 A JP 5771994A JP H07273380 A JPH07273380 A JP H07273380A
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- junction
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、超伝導トンネル接合で放射
線を直接吸収して、放射線のエネルギーを測定する超伝
導トンネル接合放射線検出器において、接合の基板で、
吸収された放射線に起因するフォノンによる擬似信号が
発生するのを抑制した放射線検出器を提供することであ
る。 【構成】 基板(1) の上に超伝導トンネル接合(4) の超
伝導体(5,7) よりもエネルギーギャップの小さい超伝導
体あるいは常伝導金属からなるフォノン吸収膜(2) があ
り、その上に絶縁層(3) があり、さらにその上に前記超
伝導トンネル接合(4) が形成されていることを特徴とす
る放射線検出器。 【効果】 本発明によれば、基板で吸収された放射線に
よって発生した高エネルギーのフォノンをフォノン層で
吸収させることができるために、それらのフォノンが超
伝導トンネル接合に入射して、擬似信号を発生させるの
を抑制できる。
線を直接吸収して、放射線のエネルギーを測定する超伝
導トンネル接合放射線検出器において、接合の基板で、
吸収された放射線に起因するフォノンによる擬似信号が
発生するのを抑制した放射線検出器を提供することであ
る。 【構成】 基板(1) の上に超伝導トンネル接合(4) の超
伝導体(5,7) よりもエネルギーギャップの小さい超伝導
体あるいは常伝導金属からなるフォノン吸収膜(2) があ
り、その上に絶縁層(3) があり、さらにその上に前記超
伝導トンネル接合(4) が形成されていることを特徴とす
る放射線検出器。 【効果】 本発明によれば、基板で吸収された放射線に
よって発生した高エネルギーのフォノンをフォノン層で
吸収させることができるために、それらのフォノンが超
伝導トンネル接合に入射して、擬似信号を発生させるの
を抑制できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は放射線検出素子に関する
ものである。詳しく述べると本発明はＸ線などの放射線
の検出素子に関するものである。
ものである。詳しく述べると本発明はＸ線などの放射線
の検出素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】超伝導トンネル接合を用いた放射線検出
素子は、従来の半導体検出素子に比べて数１０倍優れた
エネルギー分解能を有する可能性があり、近年、開発が
進められている［例えば、応用物理 第５３巻 第６号
第５３２〜５３７頁（１９８４年）、エイ、バローネ
（A. Barone ）編「スーパーコンダクティブ、パーティ
クル、ディテクターズ（Superconductive Particle Det
ectors）」（１９８８）ワールド サイエンティフィッ
ク（World Scientific）］。
素子は、従来の半導体検出素子に比べて数１０倍優れた
エネルギー分解能を有する可能性があり、近年、開発が
進められている［例えば、応用物理 第５３巻 第６号
第５３２〜５３７頁（１９８４年）、エイ、バローネ
（A. Barone ）編「スーパーコンダクティブ、パーティ
クル、ディテクターズ（Superconductive Particle Det
ectors）」（１９８８）ワールド サイエンティフィッ
ク（World Scientific）］。
【０００３】また、いわゆる光は、放射線であるＸ線と
同様に電磁波であり、超伝導トンネル接合を用いた光セ
ンサーは、遠赤外から紫外線領域までの広い波長域の光
に対して高感度となり得る。
同様に電磁波であり、超伝導トンネル接合を用いた光セ
ンサーは、遠赤外から紫外線領域までの広い波長域の光
に対して高感度となり得る。
【０００４】超伝導トンネル接合を用いた従来の放射線
検出素子では、Ｘ線等を検出したときに、基板で吸収さ
れた放射線によって基板中でエネルギーの大きいフォノ
ンが発生し、それらのフォノンが超伝導トンネル接合に
吸収されることによって、接合中で直接に吸収された放
射線による信号よりも小さい、いわば擬似の、信号が発
生していた。フォノンによる擬似信号は、基板中で放射
線が吸収された位置に依存して大きさが異なる。基板は
トンネル接合素子そのものに比べればはるかに大きいた
め、接合中で直接吸収された放射線による真の信号より
も、遥かに数が多い。そのため、エネルギーの大きな放
射線と小さな放射線が混在した放射線の測定において
は、接合で直接吸収されたエネルギーの小さい放射線に
よる波高スペクトル上のピークがエネルギーの大きい放
射線によって発生したフォノンによる連続的波高スペク
トルによって隠されてしまい、低エネルギーの測定が困
難であった。
検出素子では、Ｘ線等を検出したときに、基板で吸収さ
れた放射線によって基板中でエネルギーの大きいフォノ
ンが発生し、それらのフォノンが超伝導トンネル接合に
吸収されることによって、接合中で直接に吸収された放
射線による信号よりも小さい、いわば擬似の、信号が発
生していた。フォノンによる擬似信号は、基板中で放射
線が吸収された位置に依存して大きさが異なる。基板は
トンネル接合素子そのものに比べればはるかに大きいた
め、接合中で直接吸収された放射線による真の信号より
も、遥かに数が多い。そのため、エネルギーの大きな放
射線と小さな放射線が混在した放射線の測定において
は、接合で直接吸収されたエネルギーの小さい放射線に
よる波高スペクトル上のピークがエネルギーの大きい放
射線によって発生したフォノンによる連続的波高スペク
トルによって隠されてしまい、低エネルギーの測定が困
難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、超伝導トンネル接合で放射線を直接吸収し
て放射線のエネルギーを測定する超伝導トンネル接合放
射線検出器において、接合の基板で吸収された放射線に
起因するフォノンによる擬似信号が発生するのを抑制し
た放射線検出器を提供することである。
する課題は、超伝導トンネル接合で放射線を直接吸収し
て放射線のエネルギーを測定する超伝導トンネル接合放
射線検出器において、接合の基板で吸収された放射線に
起因するフォノンによる擬似信号が発生するのを抑制し
た放射線検出器を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題は以下の手段
によって解決できる。超伝導トンネル接合からなる放射
線検出素子であって、基板の上に超伝導体の膜があり、
さらにその上に超伝導トンネル接合が形成されているこ
とを特徴とする放射線検出素子。
によって解決できる。超伝導トンネル接合からなる放射
線検出素子であって、基板の上に超伝導体の膜があり、
さらにその上に超伝導トンネル接合が形成されているこ
とを特徴とする放射線検出素子。
【０００７】図１に示すように、基板１の上に超伝導ト
ンネル接合のトンネル障壁に接した超伝導体とエネルギ
ーギャップが同じあるいは小さい超伝導体の膜２があ
り、その上に絶縁層３があり、さらにその上に超伝導ト
ンネル接合４が形成されていることを特徴とする放射線
検出器。
ンネル接合のトンネル障壁に接した超伝導体とエネルギ
ーギャップが同じあるいは小さい超伝導体の膜２があ
り、その上に絶縁層３があり、さらにその上に超伝導ト
ンネル接合４が形成されていることを特徴とする放射線
検出器。
【０００８】図２に示すように、基板１の上に常伝導金
属の膜１２があり、その上に絶縁層３があり、さらにそ
の上に超伝導トンネル接合４が形成されていることを特
徴とする放射線検出器。
属の膜１２があり、その上に絶縁層３があり、さらにそ
の上に超伝導トンネル接合４が形成されていることを特
徴とする放射線検出器。
【０００９】図３に示すように、基板１の上に超伝導ト
ンネル接合を構成する主要な超伝導体よりもエネルギー
ギャップが同じあるいは小さい超伝導体、あるいは常伝
導金属からなる島状の膜２２があり、その上に絶縁層３
があり、さらにその上に超伝導トンネル接合４が形成さ
れていることを特徴とする放射線検出器。
ンネル接合を構成する主要な超伝導体よりもエネルギー
ギャップが同じあるいは小さい超伝導体、あるいは常伝
導金属からなる島状の膜２２があり、その上に絶縁層３
があり、さらにその上に超伝導トンネル接合４が形成さ
れていることを特徴とする放射線検出器。
【００１０】
【作用】超伝導トンネル接合と基板との間に、フォノン
を吸収してそのエネルギーを電子励起エネルギーとして
しまうためのエネルギーギャップの無い常伝導金属層あ
るいは超伝導体層を設けることにより、基板中で吸収さ
れた放射線によるフォノン信号を抑制する。
を吸収してそのエネルギーを電子励起エネルギーとして
しまうためのエネルギーギャップの無い常伝導金属層あ
るいは超伝導体層を設けることにより、基板中で吸収さ
れた放射線によるフォノン信号を抑制する。
【００１１】従来も、本発明の放射線検出素子と構造が
よく似た超伝導デバイスとして、グランドプレーンを設
けたジョセフソン回路素子があった。しかし、グランド
プレーンとフォノン吸収層とではその目的と機能および
作用が全く異なる。回路素子では、超伝導ストリップラ
インのインダクタンスを制御するために、ストリップラ
インの幅とストリップラインとグランドプレーンの間の
距離などがかなり精密に設計されていなければならな
い。その上、接合そのものと配線の構造も検出素子と明
らかに区別出来るものである。また、その接合が回路素
子として使用されているか検出素子として使用されてい
るかもその回路あるいは検出器としての構成から明確に
区別出来る。その上、そのようなジョセフソン回路素子
が検出素子として用いられたことはなかった。
よく似た超伝導デバイスとして、グランドプレーンを設
けたジョセフソン回路素子があった。しかし、グランド
プレーンとフォノン吸収層とではその目的と機能および
作用が全く異なる。回路素子では、超伝導ストリップラ
インのインダクタンスを制御するために、ストリップラ
インの幅とストリップラインとグランドプレーンの間の
距離などがかなり精密に設計されていなければならな
い。その上、接合そのものと配線の構造も検出素子と明
らかに区別出来るものである。また、その接合が回路素
子として使用されているか検出素子として使用されてい
るかもその回路あるいは検出器としての構成から明確に
区別出来る。その上、そのようなジョセフソン回路素子
が検出素子として用いられたことはなかった。
【００１２】下から順に、基板／常伝導金属（あるいは
超伝導体）／絶縁体（あるいは半導体）／超伝導トンネ
ル接合、という構造にすることにより、基板で吸収され
た放射線によって発生したエネルギーの大きいフォノン
のエネルギーを、常伝導金属または超伝導トンネル接合
のトンネル障壁に接した超伝導体とエネルギーギャップ
が同じあるいは小さい超伝導体からなるフォノン吸収層
の電子を励起するのに費やさせる。
超伝導体）／絶縁体（あるいは半導体）／超伝導トンネ
ル接合、という構造にすることにより、基板で吸収され
た放射線によって発生したエネルギーの大きいフォノン
のエネルギーを、常伝導金属または超伝導トンネル接合
のトンネル障壁に接した超伝導体とエネルギーギャップ
が同じあるいは小さい超伝導体からなるフォノン吸収層
の電子を励起するのに費やさせる。
【００１３】フォノン吸収層でフォノンにより励起され
た電子は多数のフォノンを放出しててエネルギーを失う
が、その時に主に放出されるフォノンのエネルギーはフ
ォノン吸収層のギャップエネルギー程度である。なぜな
ら、それよりエネルギーが大きいフォノンはフォノン吸
収層内で再び電子を励起してエネルギーを失う確率が高
いからである。例えば、フォノン吸収層の超伝導体が接
合の超伝導体と同じ場合には、フォノン吸収層から出て
くるエネルギーが超伝導のギャップエネルギーとほぼ等
しいフォノンは、接合に達する前に絶縁層中で散乱され
てエネルギーをさらに少しでも低下させれば、接合に入
射しても電子をエネルギーギャップの上に励起できな
い。エネルギーギャップが接合の超伝導体のそれより小
さいフォノン吸収層から出て接合に入射したフォノンは
接合内では電子を励起できず、擬似信号を発生させな
い。
た電子は多数のフォノンを放出しててエネルギーを失う
が、その時に主に放出されるフォノンのエネルギーはフ
ォノン吸収層のギャップエネルギー程度である。なぜな
ら、それよりエネルギーが大きいフォノンはフォノン吸
収層内で再び電子を励起してエネルギーを失う確率が高
いからである。例えば、フォノン吸収層の超伝導体が接
合の超伝導体と同じ場合には、フォノン吸収層から出て
くるエネルギーが超伝導のギャップエネルギーとほぼ等
しいフォノンは、接合に達する前に絶縁層中で散乱され
てエネルギーをさらに少しでも低下させれば、接合に入
射しても電子をエネルギーギャップの上に励起できな
い。エネルギーギャップが接合の超伝導体のそれより小
さいフォノン吸収層から出て接合に入射したフォノンは
接合内では電子を励起できず、擬似信号を発生させな
い。
【００１４】フォノン吸収層が薄くなると、基板で発生
してフォノン吸収層に達したフォノンがフォノン吸収層
内の電子にエネルギーを与えることなくフォノン吸収層
を透過してしまう確率が高くなってしまう。フォノン吸
収層の厚さは２０ｎｍ以上であることが好ましい。ま
た、フォノン吸収層が薄いと、フォノン吸収層で励起電
子から放出されたエネルギーが大きいフォノンがフォノ
ン吸収層から出ていってしまう確率も高くなる。そのた
め、フォノン吸収層は１００ｎｍ以上の厚さであること
がより好ましい。なお、フォノン吸収層の厚さを基板の
厚さ以上とすれば、基板に歪を生じさせることが多い。
従って、フォノン吸収層の厚さとしては、通常使用され
るサファイア基板やシリコン基板の厚さである４００μ
ｍ程度よりも薄い１００μｍ以下、より好ましくは２０
μｍ以下であることが望ましい。
してフォノン吸収層に達したフォノンがフォノン吸収層
内の電子にエネルギーを与えることなくフォノン吸収層
を透過してしまう確率が高くなってしまう。フォノン吸
収層の厚さは２０ｎｍ以上であることが好ましい。ま
た、フォノン吸収層が薄いと、フォノン吸収層で励起電
子から放出されたエネルギーが大きいフォノンがフォノ
ン吸収層から出ていってしまう確率も高くなる。そのた
め、フォノン吸収層は１００ｎｍ以上の厚さであること
がより好ましい。なお、フォノン吸収層の厚さを基板の
厚さ以上とすれば、基板に歪を生じさせることが多い。
従って、フォノン吸収層の厚さとしては、通常使用され
るサファイア基板やシリコン基板の厚さである４００μ
ｍ程度よりも薄い１００μｍ以下、より好ましくは２０
μｍ以下であることが望ましい。
【００１５】Ｘ線などがどれだけ深く基板の中に入り込
めるかは、その放射線のエネルギーに大きく依存する。
絶縁層の厚さがその深さより厚いとフォノン吸収層を設
けることの意味があまりなくなる。逆に、絶縁層の厚さ
がＸ線などがその中に入り込める厚さ（例えば１００μ
ｍ）より十分薄ければ（例えば、２０μｍ以下）、フォ
ノン吸収層を設ける効果が十分にあると考えられる。
めるかは、その放射線のエネルギーに大きく依存する。
絶縁層の厚さがその深さより厚いとフォノン吸収層を設
けることの意味があまりなくなる。逆に、絶縁層の厚さ
がＸ線などがその中に入り込める厚さ（例えば１００μ
ｍ）より十分薄ければ（例えば、２０μｍ以下）、フォ
ノン吸収層を設ける効果が十分にあると考えられる。
【００１６】接合とフォノン吸収層との間の絶縁体ある
いは電気伝導の小さい半導体からなる絶縁層で吸収され
た放射線によって発生し、そこからフォノン吸収層に向
かわずに接合に向かってくるフォノンに対してはフォノ
ン吸収層は役に立たない。そのため、フォノン信号低減
のためには、絶縁層が薄いほうが良い。フォノン信号の
数を接合から直接発生する真の信号の数より少なくする
ためには絶縁層の厚さは２μｍ以下であることが好まし
い。ただし絶縁層をあまり薄くすると、絶縁層の絶縁不
良によってフォノン吸収層と接合とが電気的につながっ
てしまい、接合の放射線検出器としての性能が劣化して
しまうという問題が生じる。また絶縁層が薄いと絶縁は
十分でも、接合とフォノン吸収層との間の静電容量が大
きくなるために、素子としての静電容量が大きくなって
しまうという問題も生じる。絶縁層の厚さは、接合とフ
ォノン吸収層との間の静電容量が接合自体のそれよりも
十分小さくなるように、接合のトンネル障壁の厚さ（約
２ｎｍ）より十分に厚い２０ｎｍ以上であることが好ま
しい。
いは電気伝導の小さい半導体からなる絶縁層で吸収され
た放射線によって発生し、そこからフォノン吸収層に向
かわずに接合に向かってくるフォノンに対してはフォノ
ン吸収層は役に立たない。そのため、フォノン信号低減
のためには、絶縁層が薄いほうが良い。フォノン信号の
数を接合から直接発生する真の信号の数より少なくする
ためには絶縁層の厚さは２μｍ以下であることが好まし
い。ただし絶縁層をあまり薄くすると、絶縁層の絶縁不
良によってフォノン吸収層と接合とが電気的につながっ
てしまい、接合の放射線検出器としての性能が劣化して
しまうという問題が生じる。また絶縁層が薄いと絶縁は
十分でも、接合とフォノン吸収層との間の静電容量が大
きくなるために、素子としての静電容量が大きくなって
しまうという問題も生じる。絶縁層の厚さは、接合とフ
ォノン吸収層との間の静電容量が接合自体のそれよりも
十分小さくなるように、接合のトンネル障壁の厚さ（約
２ｎｍ）より十分に厚い２０ｎｍ以上であることが好ま
しい。
【００１７】さらに接合とフォノン吸収層と電気的グラ
ウンドとの静電容量結合による接合の静電容量の増加を
抑制するには、絶縁層の厚さが十分厚いことと、フォノ
ン吸収層と（基板の下の）電気的グラウンドとの間の静
電容量を小さくするためにフォノン吸収層の面積が小さ
いことが好ましい。そのため、フォノン吸収層の面積は
接合の面積の１００倍以下であることが好ましい。
ウンドとの静電容量結合による接合の静電容量の増加を
抑制するには、絶縁層の厚さが十分厚いことと、フォノ
ン吸収層と（基板の下の）電気的グラウンドとの間の静
電容量を小さくするためにフォノン吸収層の面積が小さ
いことが好ましい。そのため、フォノン吸収層の面積は
接合の面積の１００倍以下であることが好ましい。
【００１８】なお、超伝導トンネル接合を使用するよう
な低温では多くの半導体は殆ど電気を流さなくなること
が良く知られているので、絶縁層の材料としてその様な
半導体でも良いことは当然である。
な低温では多くの半導体は殆ど電気を流さなくなること
が良く知られているので、絶縁層の材料としてその様な
半導体でも良いことは当然である。
【００１９】また、前記絶縁体（あるいは半導体）上に
形成される超伝導トンネル接合は、従来、公知のように
超伝導体／トンネル障壁／超伝導体（図１においては、
下部超伝導電極５、トンネル障壁６、上部超伝導電極７
により構成されている。）、あるいは超伝導体／トンネ
ル障壁／半導体という積層構造を有するものであり、ト
ンネル障壁は絶縁体または半導体により形成されるもの
である。
形成される超伝導トンネル接合は、従来、公知のように
超伝導体／トンネル障壁／超伝導体（図１においては、
下部超伝導電極５、トンネル障壁６、上部超伝導電極７
により構成されている。）、あるいは超伝導体／トンネ
ル障壁／半導体という積層構造を有するものであり、ト
ンネル障壁は絶縁体または半導体により形成されるもの
である。
【００２０】本発明の放射線検出素子において、フォノ
ン吸収層および超伝導トンネル接合における超伝導体層
を構成する超伝導体として、具体的には例えば、アルミ
ニウム、インジウム、錫、鉛、タンタル、ニオブ、バナ
ジウム、Ｎｂ3 Ｓｎ、Ｎｂ3Ｇｅ、Ｎｂ3 Ａｌ、Ｎｂ3
Ｇａ、ＮｂＮ、Ｎｂ3 Ａｌ0.75Ｇｅ0.25、Ｎｂ0.55Ｔｉ
0.45、Ｖ3 Ｇａ、Ｖ3 Ｓｉ、Ｐｂ1 Ｍｏ0.5 Ｓ6 （Ｓ
Ｎ）x 高分子、酸化物超伝導体などが用いられ得る。前
記したようにフォノン吸収層を構成する超伝導体として
は、エネルギーギャップが接合の超伝導体のそれと同じ
または小さいものを適宜選択して用いればよい。なお、
多くの薄膜超伝導体では、それらを成膜する時の真空度
によって膜の純度が変化し、超伝導転移温度とエネルギ
ーギャップの大きさが変化することが良く知られてい
る。そのことを利用すれば、高純度であれば接合の超伝
導体よりもエネルギーギャップが大きい超伝導体でも、
効果的なフォノン吸収層の材料として利用できることは
当然である。またフォノン吸収層を構成する常伝導金属
としては、特に限定されるわけではないが、例えばＡｕ
が好ましい一例として挙げることができる。
ン吸収層および超伝導トンネル接合における超伝導体層
を構成する超伝導体として、具体的には例えば、アルミ
ニウム、インジウム、錫、鉛、タンタル、ニオブ、バナ
ジウム、Ｎｂ3 Ｓｎ、Ｎｂ3Ｇｅ、Ｎｂ3 Ａｌ、Ｎｂ3
Ｇａ、ＮｂＮ、Ｎｂ3 Ａｌ0.75Ｇｅ0.25、Ｎｂ0.55Ｔｉ
0.45、Ｖ3 Ｇａ、Ｖ3 Ｓｉ、Ｐｂ1 Ｍｏ0.5 Ｓ6 （Ｓ
Ｎ）x 高分子、酸化物超伝導体などが用いられ得る。前
記したようにフォノン吸収層を構成する超伝導体として
は、エネルギーギャップが接合の超伝導体のそれと同じ
または小さいものを適宜選択して用いればよい。なお、
多くの薄膜超伝導体では、それらを成膜する時の真空度
によって膜の純度が変化し、超伝導転移温度とエネルギ
ーギャップの大きさが変化することが良く知られてい
る。そのことを利用すれば、高純度であれば接合の超伝
導体よりもエネルギーギャップが大きい超伝導体でも、
効果的なフォノン吸収層の材料として利用できることは
当然である。またフォノン吸収層を構成する常伝導金属
としては、特に限定されるわけではないが、例えばＡｕ
が好ましい一例として挙げることができる。
【００２１】フォノン吸収層と超伝導体トンネル接合と
の間に設けられる絶縁層および超伝導トンネル接合のト
ンネル障壁層を構成する材料としては、酸化珪素、アル
ミナ、酸化インジウム、酸化錫、酸化鉛、酸化タンタ
ル、酸化ニオブ等の酸化物が用いられ得るが、もちろん
酸化物以外の絶縁体を用いてもよく、またＳｉ、Ｇｅ、
ＧａＡｓ、ＩｎＳｂなどのような半導体でもよい。な
お、超伝導トンネル接合におけるトンネル障壁層として
は、一般にその下部に形成された超伝導体の酸化物が多
く用いられている。
の間に設けられる絶縁層および超伝導トンネル接合のト
ンネル障壁層を構成する材料としては、酸化珪素、アル
ミナ、酸化インジウム、酸化錫、酸化鉛、酸化タンタ
ル、酸化ニオブ等の酸化物が用いられ得るが、もちろん
酸化物以外の絶縁体を用いてもよく、またＳｉ、Ｇｅ、
ＧａＡｓ、ＩｎＳｂなどのような半導体でもよい。な
お、超伝導トンネル接合におけるトンネル障壁層として
は、一般にその下部に形成された超伝導体の酸化物が多
く用いられている。
【００２２】上記したような構成を有する本発明の放射
線検出素子は、上記のごとき材料を用いて、真空蒸着
法、スパッタリング法、気相成長法等の薄膜形成技術お
よびリソグラフィ技術等の公知の技術を応用することに
より、容易に形成することが可能である。
線検出素子は、上記のごとき材料を用いて、真空蒸着
法、スパッタリング法、気相成長法等の薄膜形成技術お
よびリソグラフィ技術等の公知の技術を応用することに
より、容易に形成することが可能である。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の実施例を示すことにより、本
発明をより詳細に説明する。いずれの実施例において
も、接合を作製した基板は５×５ｍｍ2 のチップに切ら
れ、接合はそのチップの上で評価された。検出素子は約
０．４Ｋに冷却して測定を行なった。接合面に平行に磁
場を印加してＤＣジョセソン電流を抑制し、55Ｆｅから
のＸ線を照射して信号を測定した。
発明をより詳細に説明する。いずれの実施例において
も、接合を作製した基板は５×５ｍｍ2 のチップに切ら
れ、接合はそのチップの上で評価された。検出素子は約
０．４Ｋに冷却して測定を行なった。接合面に平行に磁
場を印加してＤＣジョセソン電流を抑制し、55Ｆｅから
のＸ線を照射して信号を測定した。
【００２４】実施例１ サファイア基板の上に厚さが約１００ｎｍのタンタル
（Ｔａ）の単結晶膜を形成し、その上に１００ｎｍの酸
化珪素（ＳｉＯ）の膜を形成し、その上にＮｂを主要な
超伝導体とする面積が１００×１００μｍ2 のＮｂ／Ａ
ｌ−ＡｌＯx ／Ｎｂ超伝導トンネル接合を作製した。接
合のＮｂ層は各２００ｎｍ厚であり、Ａｌ−ＡｌＯx 層
は約１２ｎｍ厚である。よって、この場合のＡｌ層の超
伝導エネルギーギャップは、厚いＮｂとの近接効果によ
り、Ｎｂのエネルギーギャップより少し小さいだけでほ
ぼ等しくなっている。ＴａとＮｂのエネルギーギャップ
は、それぞれ１．４ｍｅＶと３．０ｍｅＶである。サフ
ァイア基板上に上記と同様の超伝導トンネル接合を直接
形成した従来のＮｂ接合と比べると、フォノン信号の数
は約１／１０となった。
（Ｔａ）の単結晶膜を形成し、その上に１００ｎｍの酸
化珪素（ＳｉＯ）の膜を形成し、その上にＮｂを主要な
超伝導体とする面積が１００×１００μｍ2 のＮｂ／Ａ
ｌ−ＡｌＯx ／Ｎｂ超伝導トンネル接合を作製した。接
合のＮｂ層は各２００ｎｍ厚であり、Ａｌ−ＡｌＯx 層
は約１２ｎｍ厚である。よって、この場合のＡｌ層の超
伝導エネルギーギャップは、厚いＮｂとの近接効果によ
り、Ｎｂのエネルギーギャップより少し小さいだけでほ
ぼ等しくなっている。ＴａとＮｂのエネルギーギャップ
は、それぞれ１．４ｍｅＶと３．０ｍｅＶである。サフ
ァイア基板上に上記と同様の超伝導トンネル接合を直接
形成した従来のＮｂ接合と比べると、フォノン信号の数
は約１／１０となった。
【００２５】実施例２ 酸化珪素膜の厚さが３００ｎｍである他は実施例１の素
子と同じである素子を作製した。前記従来のＮｂ接合に
比べればフォノン信号が大幅に減少したものの、実施例
１と比べると、フォノン信号の数は約３倍に増加した。
子と同じである素子を作製した。前記従来のＮｂ接合に
比べればフォノン信号が大幅に減少したものの、実施例
１と比べると、フォノン信号の数は約３倍に増加した。
【００２６】実施例３ タンタル膜の厚さが２０ｎｍである他は実施例１の素子
と同じである素子を作製した。実施例１と比べると、フ
ォノン信号の数は約４倍であった。
と同じである素子を作製した。実施例１と比べると、フ
ォノン信号の数は約４倍であった。
【００２７】実施例４ タンタル膜の表面を約２０ｎｍ陽極酸化し、その上に２
０ｎｍ厚のＳｉＯ膜を形成した以外は実施例１の素子と
同じである素子を作製した。実施例１と比べると、フォ
ノン信号の数は約４倍であった。
０ｎｍ厚のＳｉＯ膜を形成した以外は実施例１の素子と
同じである素子を作製した。実施例１と比べると、フォ
ノン信号の数は約４倍であった。
【００２８】実施例５ タンタル膜を５００×５００μｍ2 の島状に加工し、そ
の上に２００ｎｍのＳｉＯ膜を成膜し、さらにその上
に、島状タンタルの中心の上に位置するように接合を作
製した。ほかの作製条件は実施例１と同じである。この
場合、実施例１の場合と比べてノイズが１０％程度減少
した。
の上に２００ｎｍのＳｉＯ膜を成膜し、さらにその上
に、島状タンタルの中心の上に位置するように接合を作
製した。ほかの作製条件は実施例１と同じである。この
場合、実施例１の場合と比べてノイズが１０％程度減少
した。
【００２９】実施例６ シリコン（Ｓｉ）基板の上に厚さが約３００ｎｍの常伝
導金属である金の膜を形成し、その上に約２００ｎｍの
ＳｉＯ2 膜を形成し、その上に面積が１００×１００μ
ｍ2 のＡｌ／ＡｌＯx ／Ａｌ超伝導トンネルを作製し
た。Ａｌ層は各１５０ｎｍである。Ａｌのエネルギーギ
ャップは０．３４ｍｅＶである。シリコン基板上に上記
と同様の超伝導トンネル接合を直接形成した従来のＡｌ
接合に比べれば、フォノン信号は１／１０以下となっ
た。
導金属である金の膜を形成し、その上に約２００ｎｍの
ＳｉＯ2 膜を形成し、その上に面積が１００×１００μ
ｍ2 のＡｌ／ＡｌＯx ／Ａｌ超伝導トンネルを作製し
た。Ａｌ層は各１５０ｎｍである。Ａｌのエネルギーギ
ャップは０．３４ｍｅＶである。シリコン基板上に上記
と同様の超伝導トンネル接合を直接形成した従来のＡｌ
接合に比べれば、フォノン信号は１／１０以下となっ
た。
【００３０】実施例７ シリコン基板の上に厚さが約２００ｎｍのアルミニウム
膜を形成し、その表面を約３ｎｍ酸化した上に更に１０
０ｎｍの酸化アルミニウム膜を形成した。その基板の上
に超伝導トンネル接合のトンネル障壁に接した超伝導体
よりもエネルギーギャップの小さい超伝導体の膜Ｔａ／
Ａｌ−ＡｌＯx ／Ｔａ超伝導トンネル接合を作製した。
この場合には、シリコン基板上に上記と同様の超伝導ト
ンネル接合を直接形成した従来のＴａ接合に比べるとフ
ォノン信号は１／１０以下となった。
膜を形成し、その表面を約３ｎｍ酸化した上に更に１０
０ｎｍの酸化アルミニウム膜を形成した。その基板の上
に超伝導トンネル接合のトンネル障壁に接した超伝導体
よりもエネルギーギャップの小さい超伝導体の膜Ｔａ／
Ａｌ−ＡｌＯx ／Ｔａ超伝導トンネル接合を作製した。
この場合には、シリコン基板上に上記と同様の超伝導ト
ンネル接合を直接形成した従来のＴａ接合に比べるとフ
ォノン信号は１／１０以下となった。
【００３１】実施例８ フォノン吸収層として多結晶Ｎｂを成膜して使用した。
その他の作製条件は実施例１の素子と同じである。この
場合には、前記した従来のＮｂ接合と比べてフォノン信
号は１／４以下となった。
その他の作製条件は実施例１の素子と同じである。この
場合には、前記した従来のＮｂ接合と比べてフォノン信
号は１／４以下となった。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、基板で吸収された放射
線によって発生した高エネルギーのフォノンが超伝導ト
ンネル接合に入射して擬似信号を発生させるのを抑制で
きる。
線によって発生した高エネルギーのフォノンが超伝導ト
ンネル接合に入射して擬似信号を発生させるのを抑制で
きる。
【図１】 本発明の一実施例の構造を示す模式的断面
図、
図、
【図２】 本発明の別の実施例の構造を示す模式的断面
図、
図、
【図３】 本発明のさらに別の実施例の構造を示す模式
的断面図。
的断面図。
１…基板、 ２…エネルギーギャップの小さい超伝導膜、 ３…絶縁膜、 ４…超伝導トンネル接合、 ５…下部超伝導電極、 ６…トンネル障壁、 ７…上部超伝導電極、１２…常伝導金属膜、 ２２…エネルギーギャップの同じまたは小さい超伝導体
あるいは常伝導金属からなるフォノン吸収層。
あるいは常伝導金属からなるフォノン吸収層。
Claims (6)
- 【請求項１】 超伝導トンネル接合からなる放射線検出
素子であって、基板の上に超伝導体の膜があり、その上
に絶縁体或いは半導体の膜からなる絶縁層があり、更に
その上に超伝導トンネル接合が形成されていることを特
徴とする放射線検出素子。 - 【請求項２】 基板上にある前記超伝導体膜の厚さが２
０ｎｍ以上であり、その上にある前記絶縁層の厚さが２
０ｎｍ以上かつ２０μｍ以下であることを特徴とする請
求項１に記載の放射線検出器。 - 【請求項３】 超伝導トンネル接合からなる放射線検出
素子であって、基板の上に、超伝導トンネル接合のトン
ネル障壁に接した超伝導体とエネルギーギャップが同じ
あるいは小さい超伝導体膜があり、その上に絶縁体ある
いは半導体の膜からなる絶縁層があり、さらにその上に
超伝導トンネル接合が形成されていることを特徴とする
放射線検出素子。 - 【請求項４】 基板上にある前記超伝導体膜の厚さが２
０ｎｍ以上であり、その上にある前記絶縁層の厚さが２
０ｎｍ以上かつ２０μｍ以下であることを特徴とする請
求項３に記載の放射線検出素子。 - 【請求項５】 超伝導トンネル接合からなる放射線検出
素子であって、基板の上に常伝導金属の膜があり、その
上に絶縁体あるいは半導体の膜からなる絶縁層があり、
さらにその上に超伝導トンネル接合が形成されているこ
とを特徴とする放射線検出素子。 - 【請求項６】 基板上にある前記常伝導金属膜の厚さが
２０ｎｍ以上であり、その上にある前記絶縁層の厚さが
２０ｎｍ以上かつ２０μｍ以下であることを特徴とする
請求項５に記載の放射線検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6057719A JPH07273380A (ja) | 1994-03-28 | 1994-03-28 | 放射線検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6057719A JPH07273380A (ja) | 1994-03-28 | 1994-03-28 | 放射線検出素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07273380A true JPH07273380A (ja) | 1995-10-20 |
Family
ID=13063761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6057719A Pending JPH07273380A (ja) | 1994-03-28 | 1994-03-28 | 放射線検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07273380A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1123723A (ja) * | 1997-06-27 | 1999-01-29 | Rikagaku Kenkyusho | 粒子線検出装置 |
| JP2006216795A (ja) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Saitama Univ | 超伝導フォトン検出器 |
-
1994
- 1994-03-28 JP JP6057719A patent/JPH07273380A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1123723A (ja) * | 1997-06-27 | 1999-01-29 | Rikagaku Kenkyusho | 粒子線検出装置 |
| JP2006216795A (ja) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Saitama Univ | 超伝導フォトン検出器 |
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