線検出器TES型课件.pptVIP

話の流れ 開発の現状 TES型X線マイクロカロリメータの製作 プロセスフロー その２ TESの製作 １ TESの製作 ２ チタン 40 nm 金 80 nmのエッチング アルミ配線の製作フロー アルミ配線の製作 メンブレン構造の製作フロー メンブレン構造の製作 1 異方性エッチング （110）シリコンのKOHエッチング後の写真 完成したTES型X線マイクロカロリメータ X線照射実験セットアップ X線の検出に成功 エネルギー分解能 まとめと今後 カロリメータのノイズ ジョンソンノイズ フォノンノイズ エクセスノイズ X線スペクトル 禁制線 * * 宇宙物理実験研究室 藤森 玉行 TES型X線マイクロカロリメータの製作プロセスの構築 天体観測において必要とされるX線検出器 X線マイクロカロリメータの原理 開発の現状と研究目的 TES型X線マイクロカロリメータの製作 TES アルミ配線 メンブレン構造 X線照射実験 性能評価 まとめと今後 天体観測で必要とされるX線検出器 これらの微細構造を分離するには ΔＥ＝1～2 eVが必要　　 Ｘ線ＣＣＤ検出器の場合 （ΔＥ＝120 eV@6 keV） ○　鉄のKα線とKβ線 ×　共鳴線や禁制線などの微細構造 5000万度のプラズマからのＸ線スペクトル これらを満たすＸ線検出器としてＸ線 マイクロカロリメータが注目されている 天体観測の場合はさらに、撮像型で Ｘ線の検出効率が高いものが望まれる X線マイクロカロリメータとは Ｘ線光子エネルギーを素子の微小な温度上昇として測定する検出器 Ｅ：Ｘ線光子エネルギー Ｃ：カロリメータの熱容量 Ｇ：カロリメータと熱浴の 　　間の熱伝導度 温度変化 時間 Ｘ線入射 温度 時定数 吸収体 熱 浴　 Ｘ線光子 温度計 サーマルリンク 極低温(～100 mK)で動作させることにより、高いエネルギー分解能我々のグループでは 6 eV@5.9 KeV を実現 （世界最高は2.4 eV） ＴＥＳ温度計（Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ‐Ｅｄｇｅ‐Ｓｅｎｓｏｒ、超伝導遷移端温度計） 金属薄膜の超伝導と常伝導の間の急激な抵抗変化を温度計として利用?α＝～1000の非常に高感度な温度計となる 超伝導 状態 常伝導 　状態 α：温度計の感度 常伝導金属の金と超伝導金属のチタンの二層薄膜を用い 近接効果を利用することにより転移温度をコントロール → T ～ 100 mK 注) チタンバルクでは転移温度は390 mK 温度 抵抗 TESカロリメータの エネルギー分解能 今までは??? SII（セイコーインスツル）、早稲田と役割分担してカロリメータを 製作?評価 → 6 eV@5.9 KeVを実現（目標は2 eV@5.9 KeV） ☆プロセスがバラバラだと性能をリミットしている原因追求が困難！ ☆プロセス変更に手間と時間がかかりすぎる！ これからは??? エネルギー分解能の改善のため、 都立大スパッタ装置を用いたTES性能の向上 全ての製作プロセスをin-houseで行う！ 本研究目的 主要プロセス １、TESの製作 ２、アルミ配線の製作 ３、メンブレン(薄膜)構造の製作 TES アルミ配線 窒化膜 シリコン 完成したTESカロリメータ アルミ配線 TES 窒化膜 製作プロセスフロー その１ １、両面に窒化膜を付ける ２、チタン?金（TES）をスパッタ ３、両面にフォトレジストを付ける ４、フォトレジストのパターニング ５、窒化膜のパターニング （Reactive Ion Etching） ６、チタン?金のエッチング ７、フォトレジストの除去 (110)シリコン基板 TES完成 300 μｍ TES １１、アルミのリフトオフ アルミ配線完成 １０、アルミをスパッタ ８、フォトレジストを付ける ９、フォトレジストのパターニング TES １２、フォトレジストを付ける １３、シリコンをエッチング １４、フォトレジストの除去 完成 プロセスフロー その3 アルミ配線 TES 窒化膜 チタン?金の膜厚と転移温度の関係を調べる チタンの膜厚を40 nmに固定、金の膜厚を 変えて転移温度を測定 チタン＝40 nm、金＝80 nmで転移温度が～150 mKになる 都立大スパッタ装置 特徴：高真空～10-8 Pa 短時間でチタン?金のスパッタ切り替え 2cm基板にTi, Auをスパッタ 1 m １、フォトレジスト塗布(ポジ型レジストS1818) ２、高速回転によりフォトレジストの膜厚を 薄く一定にする（