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| 講演名 | 2021-01-19 13:30 超伝導転移端型ガンマ線マイクロカロリメータの多画素化に適した三層メンブレンの熱コンダクタンスの評価 ○菊地貴大・神代 暁・早川亮大・藤井 剛・平山文紀・浮辺雅宏（産総研）・ライアン スミス・大野雅史（東大）  SCE2020-18 |
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| 抄録 | （和） | 我々はガンマ線を高いエネルギー分解能で検出することのできる超伝導転移端型マイクロカロリメータ（ Transition Edge Sensor: TES）の製作を行なっている。従来の単画素で得られた計数率を向上させるために多画素のTESを製作している。多画素を一度に動作させるためには画素毎の超伝導特性が揃っている必要がある。この検出器は熱浴への排熱を制御するためにメンブレン構造を要する。窒化ケイ素（SixNy）単層膜メンブレンの熱コンダクタンスはよく研究されており様々な機関で採用されている。だが、従来のSixNy単層膜メンブレンではその上に成膜した超伝導薄膜の特性が不均一になる可能性がある。これはメンブレン製作時のエッチングでSiの削られるレートに位置依存性があるためである。そこで我々はSixNyよりエッチング耐性の高い二酸化ケイ素（SiO2）で挟んだ三層（SiO2/SixNy/SiO2）のメンブレンを製作している。この三層メンブレンの合計の厚みは約7 umとなっており、他機関のSixNy単層膜メンブレンと比べると厚いが機械的強度がある。三層メンブレンの熱特性は未知だが測定の結果、熱コンダクタンスは他機関のSixNy単層膜と同程度の約1 nW/Kを得た。メンブレン形成の前後で超伝導転移温度に変化はなくメンブレンが薄膜の超伝導性を保護していたと考えられる。メンブレンサイズを変えフォノンの平均自由行程を導出した結果、1 mm程度であり、熱伝導はBallisticとDiffusiveの中間状態だと判断した。 |
| （英） | We have been developing the Gamma-ray Transition Edge Sensors (TESs) which is able to achieve high energy resolution. Multi-pixel TESs are expected to increase count rate obtained by the conventional single pixel. To operate the multi-pixel TESs, characteristics on every pixels should be uniform. Thermal conductance of silicon-nitride (SixNy) membrane has been studied by many institutes in ages. They have adopted the SixNy membranes for TESs. However, the thin SixNy membrane has possibility to cause the space distribution of its thickness and stress due to inevitable space-distribution of etching speed of the silicon (Si) substrate by Deep Reactive Ion Etching (D-RIE). It is resulting in non-uniform characteristics among pixels. Silicon dioxide (SiO2) has been known to have stronger tolerance against the etching plasma. We have been fabricating the tri-layer membrane (SiO2/SixNy/SiO2) to overcome this problem. Total thickness of this tri-layer membrane is set to be about 7 um for adjusting membrane stress. The tri-layer membrane has been expected to have strong mechanical strength. Thermal conductance of the tri-layer membrane was ~1 nW/K although it was thicker than that of typical SixNy membrane thickness (~1 um). We confirmed that critical temperature of TES was not changed after D-RIE. This result means that the tri-layer membrane protects the superconducting film. Analyzing the membrane size dependence of joule power which needs to operate the TESs, we found thermal transport of phonons passing through the tri-layer membrane was between “ballistic” and “diffusive” regimes. The phonon-mean-free-path was about 1 um. | |
| キーワード | （和） | ガンマ線 / メンブレン / 熱コンダクタンス / 窒化ケイ素 / 二酸化ケイ素 / マイクロカロリメータ / / |
| （英） | Gamma Ray / Membrane / Thermal Conductance / SixNy / SiO2 / Transition Edge Sensor / / | |
| 文献情報 | 信学技報, vol. 120, no. 313, SCE2020-18, pp. 7-12, 2021年1月. | |
| 資料番号 | SCE2020-18 | |
| 発行日 | 2021-01-12 (SCE) | |
| ISSN | Online edition: ISSN 2432-6380 | |
| 著作権に ついて |
技術研究報告に掲載された論文の著作権は電子情報通信学会に帰属します．(許諾番号：10GA0019/12GB0052/13GB0056/17GB0034/18GB0034) | |
| PDFダウンロード | SCE2020-18 |
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| 研究会情報 | |
| 研究会 | SCE |
| 開催期間 | 2021-01-19 - 2021-01-19 |
| 開催地（和） | オンライン開催 |
| 開催地（英） | Online |
| テーマ（和） | 信号処理基盤技術及び応用、一般 |
| テーマ（英） | |
| 講演論文情報の詳細 | |
| 申込み研究会 | SCE |
| 会議コード | 2021-01-SCE |
| 本文の言語 | 日本語 |
| タイトル（和） | 超伝導転移端型ガンマ線マイクロカロリメータの多画素化に適した三層メンブレンの熱コンダクタンスの評価 |
| サブタイトル（和） | |
| タイトル（英） | Thermal Conductance of Tri-layer Membranes for Multi-Pixel Gamma-Ray Transition Edge Sensors |
| サブタイトル（英） | |
| キーワード(1)（和/英） | ガンマ線 / Gamma Ray |
| キーワード(2)（和/英） | メンブレン / Membrane |
| キーワード(3)（和/英） | 熱コンダクタンス / Thermal Conductance |
| キーワード(4)（和/英） | 窒化ケイ素 / SixNy |
| キーワード(5)（和/英） | 二酸化ケイ素 / SiO2 |
| キーワード(6)（和/英） | マイクロカロリメータ / Transition Edge Sensor |
| キーワード(7)（和/英） | / |
| キーワード(8)（和/英） | / |
| 第1著者 氏名（和/英/ヨミ） | 菊地 貴大 / Takahiro Kikuchi / キクチ タカヒロ |
| 第1著者 所属（和/英） | 産業技術総合研究所 (略称： 産総研) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (略称： AIST) |
| 第2著者 氏名（和/英/ヨミ） | 神代 暁 / Satoshi Kohjiro / コウジロ サトシ |
| 第2著者 所属（和/英） | 産業技術総合研究所 (略称： 産総研) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (略称： AIST) |
| 第3著者 氏名（和/英/ヨミ） | 早川 亮大 / Ryota Hayakawa / ハヤカワ リョウタ |
| 第3著者 所属（和/英） | 産業技術総合研究所 (略称： 産総研) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (略称： AIST) |
| 第4著者 氏名（和/英/ヨミ） | 藤井 剛 / Go Fujii / フジイ ゴウ |
| 第4著者 所属（和/英） | 産業技術総合研究所 (略称： 産総研) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (略称： AIST) |
| 第5著者 氏名（和/英/ヨミ） | 平山 文紀 / Fuminori Hirayama / フミノリ ヒラヤマ |
| 第5著者 所属（和/英） | 産業技術総合研究所 (略称： 産総研) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (略称： AIST) |
| 第6著者 氏名（和/英/ヨミ） | 浮辺 雅宏 / Masahiro Ukibe / ウキベ マサヒロ |
| 第6著者 所属（和/英） | 産業技術総合研究所 (略称： 産総研) National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (略称： AIST) |
| 第7著者 氏名（和/英/ヨミ） | ライアン スミス / Ryan Smith / ライアン スミス |
| 第7著者 所属（和/英） | 東京大学 (略称： 東大) University of Tokyo (略称： U-Tokyo) |
| 第8著者 氏名（和/英/ヨミ） | 大野 雅史 / Masashi Ohno / オオノ マサヒロ |
| 第8著者 所属（和/英） | 東京大学 (略称： 東大) University of Tokyo (略称： U-Tokyo) |
| 講演者 | 第1著者 |
| 発表日時 | 2021-01-19 13:30:00 |
| 発表時間 | 25分 |
| 申込先研究会 | SCE |
| 資料番号 | SCE2020-18 |
| 巻番号（vol） | vol.120 |
| 号番号（no） | no.313 |
| ページ範囲 | pp.7-12 |
| ページ数 | 6 |
| 発行日 | 2021-01-12 (SCE) |
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