JPH08153905A - 超電導放射線分光器 - Google Patents
超電導放射線分光器Info
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- JPH08153905A JPH08153905A JP6294250A JP29425094A JPH08153905A JP H08153905 A JPH08153905 A JP H08153905A JP 6294250 A JP6294250 A JP 6294250A JP 29425094 A JP29425094 A JP 29425094A JP H08153905 A JPH08153905 A JP H08153905A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】フォノンとして散逸するエネルギを小さくし、
超電導放射線分光器のエネルギ分解能を向上させる。 【構成】超電導体−トンネル絶縁膜−超電導体よりなる
トンネル接合と超電導体を含む基板を用いて構成し、ト
ンネル接合を基板により支える構造とする。
超電導放射線分光器のエネルギ分解能を向上させる。 【構成】超電導体−トンネル絶縁膜−超電導体よりなる
トンネル接合と超電導体を含む基板を用いて構成し、ト
ンネル接合を基板により支える構造とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路の作製
プロセスの研究や鉱物の組成分析などに用いられる分析
装置に関する。
プロセスの研究や鉱物の組成分析などに用いられる分析
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導体を用いた放射線分光器として
は、超電導体−トンネル絶縁体−超電導体接合（SIS接
合)を直列に接続した構造を半導体基板の上に作製した
分光器が知られている。この分光器は、文献１：ニュー
クリア インスツルメンツ アンドメソッズ イン フ
ィジックス リサーチ（Nuclear Instruments and meth
odsin Physics Research)Ａの３４４巻５９２頁（１９
９４年）に論じられている。また、超電導体を用いたそ
の他の放射線分光器については、文献２：フィジックス
レターズ（Physics Letters)Ｂの２３１巻１９５頁
（１９８９年）に論じられている。
は、超電導体−トンネル絶縁体−超電導体接合（SIS接
合)を直列に接続した構造を半導体基板の上に作製した
分光器が知られている。この分光器は、文献１：ニュー
クリア インスツルメンツ アンドメソッズ イン フ
ィジックス リサーチ（Nuclear Instruments and meth
odsin Physics Research)Ａの３４４巻５９２頁（１９
９４年）に論じられている。また、超電導体を用いたそ
の他の放射線分光器については、文献２：フィジックス
レターズ（Physics Letters)Ｂの２３１巻１９５頁
（１９８９年）に論じられている。
【０００３】図８に、前記文献１に論じられた放射線分
光器の断面図を模式的に示す。この分光器はＩｎＳｂ半
導体よりなる基板３０１とＳｉＯ層間絶縁膜３１１とＡ
ｌ下部超電導電極３２１とＡｌＯxトンネル絶縁膜３３
１とＡｌ上部超電導電極341により構成される。下部超
電導電極３２１とＡｌＯx トンネル絶縁膜３３１とＡｌ
上部超電導電極３４１からなるトンネル接合が直列に接
続されている。この分光器においては、半導体よりなる
基板３０１に入射した放射線がフォノンを励起し、励起
されたフォノンが下部超電導電極３２１に達し準粒子を
励起する。励起された準粒子は、下部超電導電極３２１
とトンネル絶縁体３３１と上部超電導電極３４１よりな
るトンネル接合をトンネルすることにより信号電荷とし
て検出される。検出される信号電荷は、基板に入射する
放射線のエネルギにほぼ比例する。これは、放射線のエ
ネルギが高ければ高い程励起されるフォノンの平均的な
エネルギが高くなり、かつ、励起されるフォノンの数が
多くなるので、励起される準粒子の数が増えるためであ
る。
光器の断面図を模式的に示す。この分光器はＩｎＳｂ半
導体よりなる基板３０１とＳｉＯ層間絶縁膜３１１とＡ
ｌ下部超電導電極３２１とＡｌＯxトンネル絶縁膜３３
１とＡｌ上部超電導電極341により構成される。下部超
電導電極３２１とＡｌＯx トンネル絶縁膜３３１とＡｌ
上部超電導電極３４１からなるトンネル接合が直列に接
続されている。この分光器においては、半導体よりなる
基板３０１に入射した放射線がフォノンを励起し、励起
されたフォノンが下部超電導電極３２１に達し準粒子を
励起する。励起された準粒子は、下部超電導電極３２１
とトンネル絶縁体３３１と上部超電導電極３４１よりな
るトンネル接合をトンネルすることにより信号電荷とし
て検出される。検出される信号電荷は、基板に入射する
放射線のエネルギにほぼ比例する。これは、放射線のエ
ネルギが高ければ高い程励起されるフォノンの平均的な
エネルギが高くなり、かつ、励起されるフォノンの数が
多くなるので、励起される準粒子の数が増えるためであ
る。
【０００４】図９に、前記文献２に論じられた超電導放
射線分光器の一部分を模式的に示す。ガラスよりなる基
板４０１の上にＳｎよりなる下部超電導電極４１１を配
置し、かつ、この上の２ケ所にＡｌよりなる下部低温超
電導体４２１とＡｌＯx よりなるトンネル絶縁膜４３１
とＡｌよりなる上部超電導電極４４１から構成されるト
ンネル接合を配置する。この技術では、Ｓｎ下部超電導
電極４１１に入射した放射線が準粒子を励起する。励起
された準粒子は拡散によりＡｌ下部低温超電導体４２１
に達するが、Ａｌの超電導ギャップはＳｎの超電導ギャ
ップよりも小さいために、準粒子はＡｌ下部低温超電導
体４２１の内部に捕獲される。捕獲された準粒子はトン
ネル接合をトンネルすることにより、信号として検出さ
れる。
射線分光器の一部分を模式的に示す。ガラスよりなる基
板４０１の上にＳｎよりなる下部超電導電極４１１を配
置し、かつ、この上の２ケ所にＡｌよりなる下部低温超
電導体４２１とＡｌＯx よりなるトンネル絶縁膜４３１
とＡｌよりなる上部超電導電極４４１から構成されるト
ンネル接合を配置する。この技術では、Ｓｎ下部超電導
電極４１１に入射した放射線が準粒子を励起する。励起
された準粒子は拡散によりＡｌ下部低温超電導体４２１
に達するが、Ａｌの超電導ギャップはＳｎの超電導ギャ
ップよりも小さいために、準粒子はＡｌ下部低温超電導
体４２１の内部に捕獲される。捕獲された準粒子はトン
ネル接合をトンネルすることにより、信号として検出さ
れる。
【０００５】図１０に、超電導放射線分光器に用いられ
る一般的な信号処理系について模式的に示す。信号処理
系は、電荷有感型プリアンプ５１１と波形整形アンプ５
２１とマルチチャンネルアナライザ５３１よりなる。ま
ず、分光器５０１の出力は、電荷有感型プリアンプ５１
１に接続される。ここでは、高インピーダンスの分光器
の出力を低インピーダンスに変換するとともに、増幅す
る。次にその出力は、波形整形アンプ５２１に入力され
る。ここでは、微分回路や積分回路を用いてノイズの寄
与を小さくするとともに増幅する。さらに、この出力は
マルチチャンネルアナライザ５３１に入力されて、パル
スの高さを数える。また、図には示してないが、マルチ
チャンネルアナライザ５３１をコンピュータと接続して
測定結果を記録したり信号処理をすることもできる。
る一般的な信号処理系について模式的に示す。信号処理
系は、電荷有感型プリアンプ５１１と波形整形アンプ５
２１とマルチチャンネルアナライザ５３１よりなる。ま
ず、分光器５０１の出力は、電荷有感型プリアンプ５１
１に接続される。ここでは、高インピーダンスの分光器
の出力を低インピーダンスに変換するとともに、増幅す
る。次にその出力は、波形整形アンプ５２１に入力され
る。ここでは、微分回路や積分回路を用いてノイズの寄
与を小さくするとともに増幅する。さらに、この出力は
マルチチャンネルアナライザ５３１に入力されて、パル
スの高さを数える。また、図には示してないが、マルチ
チャンネルアナライザ５３１をコンピュータと接続して
測定結果を記録したり信号処理をすることもできる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前記文献１に論じられ
た従来技術では、準粒子を励起できるのはエネルギが超
電導体のエネルギギャップ２Δよりも大きなフォノンの
みである。放射線の入射により半導体基板３０１の内部
にエネルギが２Δ以下のフォノンも数多く励起される
が、これらは信号に寄与せずに散逸してしまう。信号に
寄与せずに散逸してしまうエネルギは、放射線の入射位
置や入射角度に依存するために放射線のエネルギが同じ
場合でも一定にはならない。このため、検出される電荷
量に揺らぎを生じ、分光器のエネルギ分解能が悪化す
る。従って前記文献１に論じられた従来技術を用いた場
合、エネルギ分解能は理論的に予測されるよりも１桁以
上悪かった。
た従来技術では、準粒子を励起できるのはエネルギが超
電導体のエネルギギャップ２Δよりも大きなフォノンの
みである。放射線の入射により半導体基板３０１の内部
にエネルギが２Δ以下のフォノンも数多く励起される
が、これらは信号に寄与せずに散逸してしまう。信号に
寄与せずに散逸してしまうエネルギは、放射線の入射位
置や入射角度に依存するために放射線のエネルギが同じ
場合でも一定にはならない。このため、検出される電荷
量に揺らぎを生じ、分光器のエネルギ分解能が悪化す
る。従って前記文献１に論じられた従来技術を用いた場
合、エネルギ分解能は理論的に予測されるよりも１桁以
上悪かった。
【０００７】前記文献２により論じられた従来技術で
も、エネルギ分解能が理論的に予測されるよりも一桁以
上悪かった。文献２の技術では、Ｓｎ下部超電導電極４
１１の内部に励起された準粒子の一部は、フォノンを励
起して緩和する。このフォノンの大部分は、下部超電導
電極４１１に接する基板４０１を通じて散逸する。従っ
て励起された準粒子の一部は信号として検出されない。
この信号として検出されない準粒子の割合は、文献１の
技術と同様に放射線の入射位置や入射角度に依存する。
これに伴い、励起された準粒子が信号として検出される
割合に揺らぎが生じるため、文献２の従来技術でもエネ
ルギ分解能が理論的に予測されるよりも一桁以上悪かっ
た。
も、エネルギ分解能が理論的に予測されるよりも一桁以
上悪かった。文献２の技術では、Ｓｎ下部超電導電極４
１１の内部に励起された準粒子の一部は、フォノンを励
起して緩和する。このフォノンの大部分は、下部超電導
電極４１１に接する基板４０１を通じて散逸する。従っ
て励起された準粒子の一部は信号として検出されない。
この信号として検出されない準粒子の割合は、文献１の
技術と同様に放射線の入射位置や入射角度に依存する。
これに伴い、励起された準粒子が信号として検出される
割合に揺らぎが生じるため、文献２の従来技術でもエネ
ルギ分解能が理論的に予測されるよりも一桁以上悪かっ
た。
【０００８】本発明の目的は新規の構造を用いることに
より、これらの従来技術に比べて、放射線分光器のエネ
ルギ分解能を向上させることにある。
より、これらの従来技術に比べて、放射線分光器のエネ
ルギ分解能を向上させることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明においては、超電導放射線検器を、少なくと
も、超電導体−トンネル絶縁膜−超電導体よりなるトン
ネル接合と基板を含んで構成し、前記基板が少なくとも
超電導体を含み、かつ、前記トンネル接合が基板により
支えられている構造を用いる。
に本発明においては、超電導放射線検器を、少なくと
も、超電導体−トンネル絶縁膜−超電導体よりなるトン
ネル接合と基板を含んで構成し、前記基板が少なくとも
超電導体を含み、かつ、前記トンネル接合が基板により
支えられている構造を用いる。
【００１０】
【作用】放射線を検出する基板を超電導体にすることに
より、基板の内部で主に励起されるのはフォノンではな
く準粒子になる。励起された準粒子は、拡散によりトン
ネル接合に達し、接合を透過して信号として検出され
る。あるいは、励起された二つの準粒子が２Δのエネル
ギを持つフォノンを励起し、励起されたフォノンがトン
ネル接合近傍の超電導体の内部にてΔのエネルギを持つ
準粒子を二つ励起し、かつ、この準粒子がトンネル接合
を透過して信号として検出される。いずれの場合でも、
放射線の入射により励起される準粒子のエネルギがほぼ
Δに揃っているため、基板を超電導体とすることにより
Δよりも小さなエネルギを持つ粒子が励起されにくくな
る。このため、信号として検出されずに散逸するエネル
ギが少なくなる。
より、基板の内部で主に励起されるのはフォノンではな
く準粒子になる。励起された準粒子は、拡散によりトン
ネル接合に達し、接合を透過して信号として検出され
る。あるいは、励起された二つの準粒子が２Δのエネル
ギを持つフォノンを励起し、励起されたフォノンがトン
ネル接合近傍の超電導体の内部にてΔのエネルギを持つ
準粒子を二つ励起し、かつ、この準粒子がトンネル接合
を透過して信号として検出される。いずれの場合でも、
放射線の入射により励起される準粒子のエネルギがほぼ
Δに揃っているため、基板を超電導体とすることにより
Δよりも小さなエネルギを持つ粒子が励起されにくくな
る。このため、信号として検出されずに散逸するエネル
ギが少なくなる。
【００１１】また、放射線が吸収される超電導体と基板
を一体化することにより、前記文献２の技術において問
題となったフォノンの散逸を小さくすることができる。
これも、信号として検出されずに散逸するエネルギを小
さくする。これらの結果、検出される信号の揺らぎが小
さくなり、エネルギ分解能が向上する。
を一体化することにより、前記文献２の技術において問
題となったフォノンの散逸を小さくすることができる。
これも、信号として検出されずに散逸するエネルギを小
さくする。これらの結果、検出される信号の揺らぎが小
さくなり、エネルギ分解能が向上する。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明の第一の実施例による超電導
放射線分光器の上面図であり、図２は図１のＡ−Ａ′矢
視の断面図である。第一の実施例による超電導放射線分
光器を、超電導体Ｎｂよりなる基板１０１とＡｌよりな
る近接超電導層１１１，１１２とＡｌＯx よりなるトン
ネル絶縁膜１２１，１２２とＮｂよりなる上部超電導電
極１３１，１３２とＳｉＯx よりなる配線用絶縁膜１４
１，１４２とＮｂよりなる上部配線１５１，１５２によ
り構成する。
放射線分光器の上面図であり、図２は図１のＡ−Ａ′矢
視の断面図である。第一の実施例による超電導放射線分
光器を、超電導体Ｎｂよりなる基板１０１とＡｌよりな
る近接超電導層１１１，１１２とＡｌＯx よりなるトン
ネル絶縁膜１２１，１２２とＮｂよりなる上部超電導電
極１３１，１３２とＳｉＯx よりなる配線用絶縁膜１４
１，１４２とＮｂよりなる上部配線１５１，１５２によ
り構成する。
【００１３】まず、図２を用いて第一の実施例による超
電導放射線分光器の基本的な作製プロセスを説明する。
超電導体Ｎｂよりなる基板１０１の上に、リフトオフ法
によりトンネル接合１６１，１６２を形成するために、
フォトレジストのマスクを形成する。マスクを形成した
後、Ｎｂ基板１０１の表面を清浄にするためにスパッタ
リング法により基板表面を削る。スパッタリング法によ
り基板の上にＡｌ膜を成膜した後に、酸素を導入してＡ
ｌＯx トンネル絶縁膜を形成する。再びスパッタリング
法によりＮｂ膜を成膜した後に、アセトンで洗浄しフォ
トレジストを溶かしてパターンを形成する。
電導放射線分光器の基本的な作製プロセスを説明する。
超電導体Ｎｂよりなる基板１０１の上に、リフトオフ法
によりトンネル接合１６１，１６２を形成するために、
フォトレジストのマスクを形成する。マスクを形成した
後、Ｎｂ基板１０１の表面を清浄にするためにスパッタ
リング法により基板表面を削る。スパッタリング法によ
り基板の上にＡｌ膜を成膜した後に、酸素を導入してＡ
ｌＯx トンネル絶縁膜を形成する。再びスパッタリング
法によりＮｂ膜を成膜した後に、アセトンで洗浄しフォ
トレジストを溶かしてパターンを形成する。
【００１４】ここまでの工程により、近接超電導層１１
１，１１２とトンネル絶縁膜１２１，１２２と上部超電
導電極１３１，１３２よりなるトンネル接合１６１，１
６２が形成される。
１，１１２とトンネル絶縁膜１２１，１２２と上部超電
導電極１３１，１３２よりなるトンネル接合１６１，１
６２が形成される。
【００１５】次に、蒸着法によりＳｉＯx を成膜し、フ
ォトレジストのパターンを用いて反応性イオンエッチン
グ法で加工し、配線用絶縁膜１４１，１４２を形成す
る。上部超電導電極１３１，１３２の表面を清浄にする
ために逆スパッタリング法で表面を削った後に、スパッ
タリング法によりＮｂ膜を成膜し、再び、フォトレジス
トをパターンとして反応性イオンエッチング法で加工す
ることにより、上部配線１５１，１５２とする。
ォトレジストのパターンを用いて反応性イオンエッチン
グ法で加工し、配線用絶縁膜１４１，１４２を形成す
る。上部超電導電極１３１，１３２の表面を清浄にする
ために逆スパッタリング法で表面を削った後に、スパッ
タリング法によりＮｂ膜を成膜し、再び、フォトレジス
トをパターンとして反応性イオンエッチング法で加工す
ることにより、上部配線１５１，１５２とする。
【００１６】次に、第一の実施例による超電導放射線分
光器の動作について説明する。第一の実施例による分光
器は一つの超電導体に接して二つのトンネル接合が形成
されているが、この様な構造で得られる信号については
前記文献２に論じられている。それによれば、それぞれ
のトンネル接合に電荷有感型プリアンプと波形整形アン
プとマルチチャンネルアナライザを接続して得られるパ
ルスの高さｈ1 およびｈ2 と入射する放射線のエネルギ
Ｅの間には数１の関係がある。
光器の動作について説明する。第一の実施例による分光
器は一つの超電導体に接して二つのトンネル接合が形成
されているが、この様な構造で得られる信号については
前記文献２に論じられている。それによれば、それぞれ
のトンネル接合に電荷有感型プリアンプと波形整形アン
プとマルチチャンネルアナライザを接続して得られるパ
ルスの高さｈ1 およびｈ2 と入射する放射線のエネルギ
Ｅの間には数１の関係がある。
【００１７】Ｅ＝Ａ√（ｈ1 2＋ｈ2 2＋２ｈ1ｈ2coshα） ただし、Ａは、準粒子を励起するのに必要なエネルギと
検出される準粒子の割合に関係する量であり、実験的に
決定されるパラメータである。また、αは二つのトンネ
ル接合の間隔と超電導体の拡散係数と準粒子の実効的な
寿命に関係しており、やはり実験的に決定される。
検出される準粒子の割合に関係する量であり、実験的に
決定されるパラメータである。また、αは二つのトンネ
ル接合の間隔と超電導体の拡散係数と準粒子の実効的な
寿命に関係しており、やはり実験的に決定される。
【００１８】上記数１は、放射線の入射で励起された準
粒子が、実効的な寿命を持ち、かつ、拡散でトンネル接
合に達することを示している。エネルギが既知の放射線
を入射させることにより、Ａとαを決定できる。また、
これらの値を用いて逆にエネルギを求め、エネルギのば
らつきを調べることにより分光器のエネルギ分解能を求
めることができる。第一の実施例では、前記文献２と同
様の方法を用いてエネルギ分解能を計算した。
粒子が、実効的な寿命を持ち、かつ、拡散でトンネル接
合に達することを示している。エネルギが既知の放射線
を入射させることにより、Ａとαを決定できる。また、
これらの値を用いて逆にエネルギを求め、エネルギのば
らつきを調べることにより分光器のエネルギ分解能を求
めることができる。第一の実施例では、前記文献２と同
様の方法を用いてエネルギ分解能を計算した。
【００１９】超電導Ｘ線分光器を真空中で１.５Ｋで動
作させた。液体4Ｈｅの減圧により冷却した。55Ｆｅに
よる５.８９ｋｅＶ のＸ線をコリメータを用いて基板の
上で二つのトンネル接合の間に照射した。二つのトンネ
ル接合にそれぞれ電荷有感型プリアンプと波形整形アン
プとマルチチャンネルアナライザを接続し、パルスの高
さを得て、上記方法によりＡとαを決定し、逆にエネル
ギ分解能を調べた。その結果、エネルギ分解能は１０ｅ
Ｖであった。
作させた。液体4Ｈｅの減圧により冷却した。55Ｆｅに
よる５.８９ｋｅＶ のＸ線をコリメータを用いて基板の
上で二つのトンネル接合の間に照射した。二つのトンネ
ル接合にそれぞれ電荷有感型プリアンプと波形整形アン
プとマルチチャンネルアナライザを接続し、パルスの高
さを得て、上記方法によりＡとαを決定し、逆にエネル
ギ分解能を調べた。その結果、エネルギ分解能は１０ｅ
Ｖであった。
【００２０】次に、第二の実施例について説明する。図
３は、第二の実施例による超電導放射線分光器の上面図
であり、図４は図３のＡ−Ａ′断面である。第二の実施
例による超電導放射線分光器の基本的な構成は第一の実
施例の場合と同様であるが、基板１０１，トンネル接合
１６１，１６２、配線用絶縁膜１４１，１４２および上
部配線１５１，１５２の形状を図３の様にした。ただ
し、第一の実施例の場合と同様に、トンネル接合１６
１，１６２はそれぞれ近接超電導層１１１，１１２、ト
ンネル絶縁膜１２１，１２２、上部超電導電極１３１，
１３２により構成される。これにより、トンネル接合１
６１，１６２の大きさを小さくすることができるので、
暗電流と静電容量を小さくできる。ゆえに、電気的なノ
イズを小さくすることができるので、エネルギ分解能を
向上させられる。
３は、第二の実施例による超電導放射線分光器の上面図
であり、図４は図３のＡ−Ａ′断面である。第二の実施
例による超電導放射線分光器の基本的な構成は第一の実
施例の場合と同様であるが、基板１０１，トンネル接合
１６１，１６２、配線用絶縁膜１４１，１４２および上
部配線１５１，１５２の形状を図３の様にした。ただ
し、第一の実施例の場合と同様に、トンネル接合１６
１，１６２はそれぞれ近接超電導層１１１，１１２、ト
ンネル絶縁膜１２１，１２２、上部超電導電極１３１，
１３２により構成される。これにより、トンネル接合１
６１，１６２の大きさを小さくすることができるので、
暗電流と静電容量を小さくできる。ゆえに、電気的なノ
イズを小さくすることができるので、エネルギ分解能を
向上させられる。
【００２１】第二の実施例による素子を第一の実施例と
同じ条件で測定した。エネルギ分解能を第一の実施例と
同様の方法で求めた結果、８ｅＶであった。
同じ条件で測定した。エネルギ分解能を第一の実施例と
同様の方法で求めた結果、８ｅＶであった。
【００２２】次に、第三の実施例について説明する。第
三の実施例による超電導放射線分光器の構成は、第一の
実施例の場合と類似である。特に、上から見た場合に両
者は同じなので、上面図は図１となる。これに対して、
断面は異なるので、図５に第三の実施例による分光器の
断面図を示す。第三の実施例では、第一の実施例におけ
る近接超電導層１１１，１１２の代わりに下部低温超電
導体１７１，１７２を用い、かつトンネル絶縁層１２
１，１２２と上部超電導電極１３１，１３２の間に上部
低温超電導体１８１，１８２を挿入した。
三の実施例による超電導放射線分光器の構成は、第一の
実施例の場合と類似である。特に、上から見た場合に両
者は同じなので、上面図は図１となる。これに対して、
断面は異なるので、図５に第三の実施例による分光器の
断面図を示す。第三の実施例では、第一の実施例におけ
る近接超電導層１１１，１１２の代わりに下部低温超電
導体１７１，１７２を用い、かつトンネル絶縁層１２
１，１２２と上部超電導電極１３１，１３２の間に上部
低温超電導体１８１，１８２を挿入した。
【００２３】すなわち、第三の実施例では、トンネル接
合１６１，１６２が下部低温超電導体１７１，１７２、
トンネル絶縁層１２１，１２２、上部低温超電導体１８
１，１８２、上部超電導電極１３１，１３２により構成
される。
合１６１，１６２が下部低温超電導体１７１，１７２、
トンネル絶縁層１２１，１２２、上部低温超電導体１８
１，１８２、上部超電導電極１３１，１３２により構成
される。
【００２４】このように、トンネル接合に接して超電導
転移温度の低い超電導体を配置し、かつ、その両端に超
電導転移温度の高い超電導体を配置することで信号電荷
を増幅できることが文献３：ジャーナル オブ ロウ
テンペレチャ フィジックス（Journal of Low Tempera
ture Physics ）の第９３巻５６１頁（１９９３年）に
示されている。本構造により信号電荷を増幅することが
できるために電気的なノイズの影響を小さくできるの
で、エネルギ分解能を向上させられる。
転移温度の低い超電導体を配置し、かつ、その両端に超
電導転移温度の高い超電導体を配置することで信号電荷
を増幅できることが文献３：ジャーナル オブ ロウ
テンペレチャ フィジックス（Journal of Low Tempera
ture Physics ）の第９３巻５６１頁（１９９３年）に
示されている。本構造により信号電荷を増幅することが
できるために電気的なノイズの影響を小さくできるの
で、エネルギ分解能を向上させられる。
【００２５】第三の実施例による素子を第一の実施例と
同じ条件で測定した。エネルギ分解能を第一の実施例と
同様の方法で求めた結果、７ｅＶであった。
同じ条件で測定した。エネルギ分解能を第一の実施例と
同様の方法で求めた結果、７ｅＶであった。
【００２６】第四の実施例について説明する。図６は第
四の実施例による超電導放射線分光器の上面図であり、
図７は図６のＡ−Ａ′断面である。第四の実施例による
超電導放射線分光器を、超電導体Ｎｂよりなる基板２０
１とＳｉＯx よりなる層間絶縁膜２９１とＮｂよりなる
下部超電導電極２１１とＡｌよりなる下部低温超電導体
２７１とＡｌＯx よりなるトンネル絶縁膜２２１とＡｌ
よりなる上部低温超電導体２８１とＮｂよりなる上部超
電導電極２３１とＳｉＯx よりなる配線用絶縁膜２４１
とＮｂよりなる上部配線２５１により構成する。
四の実施例による超電導放射線分光器の上面図であり、
図７は図６のＡ−Ａ′断面である。第四の実施例による
超電導放射線分光器を、超電導体Ｎｂよりなる基板２０
１とＳｉＯx よりなる層間絶縁膜２９１とＮｂよりなる
下部超電導電極２１１とＡｌよりなる下部低温超電導体
２７１とＡｌＯx よりなるトンネル絶縁膜２２１とＡｌ
よりなる上部低温超電導体２８１とＮｂよりなる上部超
電導電極２３１とＳｉＯx よりなる配線用絶縁膜２４１
とＮｂよりなる上部配線２５１により構成する。
【００２７】ＳＩＳ接合を直列に配置した構造を超電導
基板の上に層間絶縁膜２９１を介して配置することを特
徴とする。この構造を用いることにより、エネルギ分解
能が良好で、かつ、検出面積の大きな超電導放射線分光
器を作製できる。
基板の上に層間絶縁膜２９１を介して配置することを特
徴とする。この構造を用いることにより、エネルギ分解
能が良好で、かつ、検出面積の大きな超電導放射線分光
器を作製できる。
【００２８】第四の実施例による超電導放射線分光器の
作製プロセスを説明する。超電導体Ｎｂよりなる基板２
０１の上に、蒸着法により層間絶縁膜２９１を形成す
る。その後にスパッタリング法でＮｂ膜を形成し、その
上にＡｌ膜を形成する。酸素を導入してトンネル絶縁膜
を形成した後に、Ａｌ膜とＮｂ膜を形成する。フォトレ
ジストのパターンを用いて反応性イオンエッチング法で
加工し、下部超電導電極のパターンを形成する。再びフ
ォトレジストのパターンを用いて反応性イオンエッチン
グ法で加工し、上部超電導電極のパターンを形成する。
作製プロセスを説明する。超電導体Ｎｂよりなる基板２
０１の上に、蒸着法により層間絶縁膜２９１を形成す
る。その後にスパッタリング法でＮｂ膜を形成し、その
上にＡｌ膜を形成する。酸素を導入してトンネル絶縁膜
を形成した後に、Ａｌ膜とＮｂ膜を形成する。フォトレ
ジストのパターンを用いて反応性イオンエッチング法で
加工し、下部超電導電極のパターンを形成する。再びフ
ォトレジストのパターンを用いて反応性イオンエッチン
グ法で加工し、上部超電導電極のパターンを形成する。
【００２９】ここまでの工程により、下部超電導電極２
１１と下部低温超電導体２７１とトンネル絶縁膜２２１
と上部低温超電導体２８１と上部超電導電極２３１が形
成される。
１１と下部低温超電導体２７１とトンネル絶縁膜２２１
と上部低温超電導体２８１と上部超電導電極２３１が形
成される。
【００３０】次に、蒸着法によりＳｉＯx を成膜し、フ
ォトレジストのパターンを用いて反応性イオンエッチン
グ法で加工し、配線用絶縁膜２４１を形成する。上部超
電導電極２３１の表面を清浄にするために逆スパッタリ
ング法で表面を削った後に、スパッタリング法によりＮ
ｂ膜を成膜し、再びフォトレジストをパターンとして反
応性イオンエッチング法で加工することにより、上部配
線２５１とする。
ォトレジストのパターンを用いて反応性イオンエッチン
グ法で加工し、配線用絶縁膜２４１を形成する。上部超
電導電極２３１の表面を清浄にするために逆スパッタリ
ング法で表面を削った後に、スパッタリング法によりＮ
ｂ膜を成膜し、再びフォトレジストをパターンとして反
応性イオンエッチング法で加工することにより、上部配
線２５１とする。
【００３１】第四の実施例による超電導Ｘ線分光器は、
第一から第三の実施例による分光器と比較して次のよう
な利点を有する。第一から第三の実施例による分光器で
は、基板の内部に励起された準粒子が基板の内部を拡散
してトンネル接合に達するために信号電荷が検出され
た。ところで、準粒子が拡散により達することができる
距離は、最大１mm程度だと考えられる。従って、第一か
ら第三の実施例による分光器においてはトンネル接合が
二つしかないので、分光器の大きさは最大１mm2とな
る。これに対して第四の実施例による分光器では、トン
ネル接合の数を２個よりも多くできるので検出面積を第
一から第三の実施例による分光器よりも大きくできる。
第一から第三の実施例による分光器と比較して次のよう
な利点を有する。第一から第三の実施例による分光器で
は、基板の内部に励起された準粒子が基板の内部を拡散
してトンネル接合に達するために信号電荷が検出され
た。ところで、準粒子が拡散により達することができる
距離は、最大１mm程度だと考えられる。従って、第一か
ら第三の実施例による分光器においてはトンネル接合が
二つしかないので、分光器の大きさは最大１mm2とな
る。これに対して第四の実施例による分光器では、トン
ネル接合の数を２個よりも多くできるので検出面積を第
一から第三の実施例による分光器よりも大きくできる。
【００３２】第四の実施例による超電導Ｘ線分光器を真
空中で１.５Ｋ で動作させた。液体4Ｈｅを減圧するこ
とにより冷却した。55Ｆｅによる５.８９ｋｅＶのＸ線
を基板の上に照射した。直列したトンネル接合の両端を
電荷有感型プリアンプに接続し、さらに波形整形アンプ
とマルチチャンネルアナライザを接続し、パルスの高さ
を得た。その結果、エネルギ分解能は１５ｅＶであっ
た。
空中で１.５Ｋ で動作させた。液体4Ｈｅを減圧するこ
とにより冷却した。55Ｆｅによる５.８９ｋｅＶのＸ線
を基板の上に照射した。直列したトンネル接合の両端を
電荷有感型プリアンプに接続し、さらに波形整形アンプ
とマルチチャンネルアナライザを接続し、パルスの高さ
を得た。その結果、エネルギ分解能は１５ｅＶであっ
た。
【００３３】最後に、第五の実施例について説明する。
第五の実施例の超電導放射線分光器の構造は第四の実施
例の場合と同じであるが、基板２０１の材料がＮｂＮで
ある点が異なる。基板にトンネル接合を構成するＮｂよ
りも超電導転移温度が高いＮｂＮを用いることにより、
ＮｂＮの内部で生成されたフォノンが下部超電導電極に
達した際に励起された準粒子が下部超電導電極の内部に
捕獲される。このため、準粒子の収集効率が向上し、エ
ネルギ分解能が向上する。
第五の実施例の超電導放射線分光器の構造は第四の実施
例の場合と同じであるが、基板２０１の材料がＮｂＮで
ある点が異なる。基板にトンネル接合を構成するＮｂよ
りも超電導転移温度が高いＮｂＮを用いることにより、
ＮｂＮの内部で生成されたフォノンが下部超電導電極に
達した際に励起された準粒子が下部超電導電極の内部に
捕獲される。このため、準粒子の収集効率が向上し、エ
ネルギ分解能が向上する。
【００３４】第五の実施例による素子を第四の実施例と
同じ条件で測定した。エネルギ分解能を第四の実施例と
同様の方法で求めた結果、１２ｅＶであった。
同じ条件で測定した。エネルギ分解能を第四の実施例と
同様の方法で求めた結果、１２ｅＶであった。
【００３５】
【発明の効果】超電導放射線分光器を、少なくとも、超
電導体−トンネル絶縁膜−超電導体よりなるトンネル接
合と少なくとも超電導体を含む基板を用いて構成し、か
つ、トンネル接合を基板により支える構造としたので、
分光器のエネルギ分解能を従来よりも向上させることが
できた。
電導体−トンネル絶縁膜−超電導体よりなるトンネル接
合と少なくとも超電導体を含む基板を用いて構成し、か
つ、トンネル接合を基板により支える構造としたので、
分光器のエネルギ分解能を従来よりも向上させることが
できた。
【図１】本発明の第一の実施例による超電導放射線分光
器の上面図。
器の上面図。
【図２】本発明の第一の実施例による図１のＡ−Ａ′断
面を示す断面図。
面を示す断面図。
【図３】本発明の第二の実施例による超電導放射線分光
器の上面図。
器の上面図。
【図４】本発明の第二の実施例による図３のＡ−Ａ′断
面を示す断面図。
面を示す断面図。
【図５】本発明の第三の実施例による超電導放射線分光
器の断面図。
器の断面図。
【図６】本発明の第四の実施例による超電導放射線分光
器の上面図。
器の上面図。
【図７】本発明の第四の実施例による図６のＡ−Ａ′断
面を示す断面図。
面を示す断面図。
【図８】従来例の超電導放射線分光器の断面図の模式
図。
図。
【図９】従来例の超電導放射線分光器の断面図の模式
図。
図。
【図１０】超電導放射線分光器に用いられる一般的な信
号処理系のブロック図。
号処理系のブロック図。
１０１…Ｎｂ基板、１１１，１１２…Ａｌ近接超電導
層、１２１，１２２…ＡｌＯx トンネル絶縁膜、１３
１,１３２…Ｎｂ上部超電導電極、１４１,１４２…Ｓｉ
Ｏx 配線用絶縁膜、１５１，１５２…Ｎｂ上部配線。
層、１２１，１２２…ＡｌＯx トンネル絶縁膜、１３
１,１３２…Ｎｂ上部超電導電極、１４１,１４２…Ｓｉ
Ｏx 配線用絶縁膜、１５１，１５２…Ｎｂ上部配線。
Claims (6)
- 【請求項１】超電導体−トンネル絶縁膜−超電導体より
なるトンネル接合と基板とを含み、前記基板に超電導体
を含み、前記トンネル接合が前記基板により支えられて
いることを特徴とする超電導放射線分光器。 - 【請求項２】請求項１において、前記基板が前記トンネ
ル接合を構成する超電導体の一部と基板を構成する超電
導体が同一であるように配置される超電導放射線分光
器。 - 【請求項３】請求項２において、前記トンネル接合を構
成する超電導体が超電導転移温度がそれぞれ異なる複数
種類の超電導体を含むように配置する超電導放射線分光
器。 - 【請求項４】請求項１において、前記トンネル接合を複
数個直列に接続して配置し、前記トンネル接合を構成す
る超電導体と前記基板を構成する超電導体の間に絶縁を
保てる厚さの層間絶縁膜を配置する超電導放射線分光
器。 - 【請求項５】請求項４において、前記層間絶縁膜に接し
かつトンネル接合を構成する超電導体の超電導転移温度
が前記層間絶縁膜に接しかつ基板を構成する超電導体の
超電導転移温度よりも低い超電導放射線分光器。 - 【請求項６】請求項４または５において、前記トンネル
接合を構成する超電導体が超電導転移温度がそれぞれ異
なる複数種類の超電導体を含むように配置される超電導
放射線分光器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6294250A JPH08153905A (ja) | 1994-11-29 | 1994-11-29 | 超電導放射線分光器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6294250A JPH08153905A (ja) | 1994-11-29 | 1994-11-29 | 超電導放射線分光器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08153905A true JPH08153905A (ja) | 1996-06-11 |
Family
ID=17805299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6294250A Pending JPH08153905A (ja) | 1994-11-29 | 1994-11-29 | 超電導放射線分光器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08153905A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004061212A (ja) * | 2002-07-26 | 2004-02-26 | Masahiko Kurakado | 超伝導体放射線センサーシステム |
| JP2009168827A (ja) * | 2009-05-01 | 2009-07-30 | Masahiko Kurakado | 超伝導体放射線センサーシステム |
-
1994
- 1994-11-29 JP JP6294250A patent/JPH08153905A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004061212A (ja) * | 2002-07-26 | 2004-02-26 | Masahiko Kurakado | 超伝導体放射線センサーシステム |
| JP4631102B2 (ja) * | 2002-07-26 | 2011-02-16 | 雅彦 倉門 | 超伝導体放射線センサーシステム |
| JP2009168827A (ja) * | 2009-05-01 | 2009-07-30 | Masahiko Kurakado | 超伝導体放射線センサーシステム |
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