JPH06188468A - 放射線検出素子及びその製造方法 - Google Patents
放射線検出素子及びその製造方法Info
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- JPH06188468A JPH06188468A JP5176330A JP17633093A JPH06188468A JP H06188468 A JPH06188468 A JP H06188468A JP 5176330 A JP5176330 A JP 5176330A JP 17633093 A JP17633093 A JP 17633093A JP H06188468 A JPH06188468 A JP H06188468A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Photovoltaic Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、エネルギー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素子及びその製造
方法を提供する。 【構成】 基板５０上に、第１の超伝導体層１４と、バ
リア層１６と、第２の超伝導体層１８が形成され、これ
ら第１の超伝導体層１４とバリア層１６と第２の超伝導
体層１８により形成される接合部分に放射線を入射する
ことにより放射線を検出する。第１の超伝導体層１４が
Ｔａ層であり、バリア層１６がＴａＯｘ層、ＡｌＯｘ
層、ＨｆＯｘ層又はＺｒＯｘ層であり、基板５０の底面
に放射線阻止能の大きな材料からなる放射線阻止層５２
が形成され、接合部分直下の基板５０及び放射線阻止層
５２に、第１の超伝導体層１４に達する開口部２６が形
成され、基板５０の底面から接合部分に放射線を入射す
る。第１の超伝導体層１４の直下に、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｈ
ｆ、Ｚｒ又はＴｉからなる下地層５４を設けてもよい。
熱サイクル耐性にも優れた放射線検出素子及びその製造
方法を提供する。 【構成】 基板５０上に、第１の超伝導体層１４と、バ
リア層１６と、第２の超伝導体層１８が形成され、これ
ら第１の超伝導体層１４とバリア層１６と第２の超伝導
体層１８により形成される接合部分に放射線を入射する
ことにより放射線を検出する。第１の超伝導体層１４が
Ｔａ層であり、バリア層１６がＴａＯｘ層、ＡｌＯｘ
層、ＨｆＯｘ層又はＺｒＯｘ層であり、基板５０の底面
に放射線阻止能の大きな材料からなる放射線阻止層５２
が形成され、接合部分直下の基板５０及び放射線阻止層
５２に、第１の超伝導体層１４に達する開口部２６が形
成され、基板５０の底面から接合部分に放射線を入射す
る。第１の超伝導体層１４の直下に、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｈ
ｆ、Ｚｒ又はＴｉからなる下地層５４を設けてもよい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＸ線、γ線等の放射線を
検出するための放射線検出素子及びその製造方法に関す
る。Ｘ線、γ線等の放射線を利用した技術として最も代
表的なものに、シンクロトロン放射光を利用したものが
ある。シンクロトロン放射光は、円形加速器から放射さ
れる光速に近い速度で運動する電子が、磁場により軌道
を曲げられるときに接線方向に放出される極めて指向性
の強い電磁波のことである。シンクロトロン放射光は、
波長連続性、偏向性、パルス性等が非常に優れているた
め、結晶の解析や表面、界面の解析、物性研究、イメー
ジング技術、工学応用の他に、生体応用や医学応用等の
非常に多岐にわたる分野での利用が期待されている。
検出するための放射線検出素子及びその製造方法に関す
る。Ｘ線、γ線等の放射線を利用した技術として最も代
表的なものに、シンクロトロン放射光を利用したものが
ある。シンクロトロン放射光は、円形加速器から放射さ
れる光速に近い速度で運動する電子が、磁場により軌道
を曲げられるときに接線方向に放出される極めて指向性
の強い電磁波のことである。シンクロトロン放射光は、
波長連続性、偏向性、パルス性等が非常に優れているた
め、結晶の解析や表面、界面の解析、物性研究、イメー
ジング技術、工学応用の他に、生体応用や医学応用等の
非常に多岐にわたる分野での利用が期待されている。
【０００２】また、シンクロトロン放射光だけでなく、
通常のＸ線等の他の放射線も、医療の分野や物性分析の
分野において広範に用いられている。このような分野で
用いられている放射線検出素子としては、後述するよう
に、その検出部分の形状や検出特性等、種々のものが用
途に応じて用いられている。どの分野で用いられる場合
でも、エネルギー分解能が優れていることが放射線検出
素子として非常に重要な要素である。
通常のＸ線等の他の放射線も、医療の分野や物性分析の
分野において広範に用いられている。このような分野で
用いられている放射線検出素子としては、後述するよう
に、その検出部分の形状や検出特性等、種々のものが用
途に応じて用いられている。どの分野で用いられる場合
でも、エネルギー分解能が優れていることが放射線検出
素子として非常に重要な要素である。
【０００３】
【従来の技術】エネルギー分解能の高い放射線検出素子
として、ＳｉやＧｅ等の半導体を用いた半導体放射線検
出素子が知られている。これら半導体放射線検出素子の
分解能は、放射線によって検出素子中で作り出される電
子−空孔対数の統計的ゆらぎによる限界まで近づいてい
る。
として、ＳｉやＧｅ等の半導体を用いた半導体放射線検
出素子が知られている。これら半導体放射線検出素子の
分解能は、放射線によって検出素子中で作り出される電
子−空孔対数の統計的ゆらぎによる限界まで近づいてい
る。
【０００４】上述した応用分野のなかには、半導体放射
線検出素子の原理的に限界とされるエネルギー分解能よ
りも、よりエネルギー分解能の高い放射線検出素子の出
現が切望されている。このためには、統計的ゆらぎによ
るエネルギー分解能の限界が原理的に小さい放射線検出
素子が求められている。そのようななかで超伝導体を用
いた放射線検出素子が注目されている。
線検出素子の原理的に限界とされるエネルギー分解能よ
りも、よりエネルギー分解能の高い放射線検出素子の出
現が切望されている。このためには、統計的ゆらぎによ
るエネルギー分解能の限界が原理的に小さい放射線検出
素子が求められている。そのようななかで超伝導体を用
いた放射線検出素子が注目されている。
【０００５】放射線検出素子に、エネルギーＥの放射線
が入射すると、多数の荷電子対が生成され、検出信号と
して収集される。生成された荷電子対の数Ｎのゆらぎに
起因する相対分解能Ｐは、次式で表される。 Ｐ＝２．３５５（ε×Ｆ×Ｅ）1/2 ここで、εは、放射線によって電子１個を励起するのに
必要なエネルギーである。また、Ｆは、ファノ因子と呼
ばれ、＜（Ｎ−＜Ｎ＞）2 ＞／＜Ｎ＞で定義される、励
起電子の数のゆらぎがポアソン分布のゆらぎより小さく
なる程度を示すパラメータである。ポアソン分布に従う
ならＦ＝１、従わない場合はＦ＜１である（合志陽一、
佐藤公隆編「エネルギー分散型Ｘ線分析」、日本分光学
会 測定法シリーズ、学会出版センタ）。
が入射すると、多数の荷電子対が生成され、検出信号と
して収集される。生成された荷電子対の数Ｎのゆらぎに
起因する相対分解能Ｐは、次式で表される。 Ｐ＝２．３５５（ε×Ｆ×Ｅ）1/2 ここで、εは、放射線によって電子１個を励起するのに
必要なエネルギーである。また、Ｆは、ファノ因子と呼
ばれ、＜（Ｎ−＜Ｎ＞）2 ＞／＜Ｎ＞で定義される、励
起電子の数のゆらぎがポアソン分布のゆらぎより小さく
なる程度を示すパラメータである。ポアソン分布に従う
ならＦ＝１、従わない場合はＦ＜１である（合志陽一、
佐藤公隆編「エネルギー分散型Ｘ線分析」、日本分光学
会 測定法シリーズ、学会出版センタ）。
【０００６】上記式から、入射する放射線に対して、い
かに荷電子対の数Ｎを多く生成できる材料を見つける
か、すなわち、いかにエネルギーεが小さい材料を見つ
けるかが、放射線検出素子のエネルギー分解能を向上さ
せる上で重要な要因であることかがわかる。放射線検出
素子に用いられる材料のエネルギーギャップＥｇが小さ
ければ、小さなε値で荷電子対を生成することが可能に
なるといえる。ところが、半導体材料を用いた場合、エ
ネルギーεは次式 ε＝２．８×Ｅｇ＋（０．５〜１．０）［ｅＶ］ のように表され、エネルギーギャップＥｇが小さいから
といって、それに比例してε値が小さくなるということ
が、必ずしも当てはまらないことが知られている（C.
A. Klein, J. Appl. Phys., vol.39, p.2090, (196
8))。
かに荷電子対の数Ｎを多く生成できる材料を見つける
か、すなわち、いかにエネルギーεが小さい材料を見つ
けるかが、放射線検出素子のエネルギー分解能を向上さ
せる上で重要な要因であることかがわかる。放射線検出
素子に用いられる材料のエネルギーギャップＥｇが小さ
ければ、小さなε値で荷電子対を生成することが可能に
なるといえる。ところが、半導体材料を用いた場合、エ
ネルギーεは次式 ε＝２．８×Ｅｇ＋（０．５〜１．０）［ｅＶ］ のように表され、エネルギーギャップＥｇが小さいから
といって、それに比例してε値が小さくなるということ
が、必ずしも当てはまらないことが知られている（C.
A. Klein, J. Appl. Phys., vol.39, p.2090, (196
8))。
【０００７】つまり、エネルギーギャップＥｇがいかに
小さかろうと、エネルギーεは０．５〜１．０ｅＶ以下
にはならないこと、すなわち、生成できる荷電子対数
が、これによって制限されることを示している。したが
って、半導体材料の場合、荷電子対生成時に放出された
フォノン（最大エネルギーとして数十ｍｅＶ）では荷電
子対を励起することはできない。
小さかろうと、エネルギーεは０．５〜１．０ｅＶ以下
にはならないこと、すなわち、生成できる荷電子対数
が、これによって制限されることを示している。したが
って、半導体材料の場合、荷電子対生成時に放出された
フォノン（最大エネルギーとして数十ｍｅＶ）では荷電
子対を励起することはできない。
【０００８】一方、超伝導体材料を用いた場合には、エ
ネルギーギャップＥｇが小さい（約数ｍｅＶ）ために、
荷電子対の破壊時に放出されたフォノン（最大エネルギ
ーとして数十ｍｅＶ）でも電子対を破壊して準粒子の生
成、つまりは荷電子対Ｎの数を多くすることができ、高
エネルギー分解能の放射線検出素子の作成が可能とな
る。
ネルギーギャップＥｇが小さい（約数ｍｅＶ）ために、
荷電子対の破壊時に放出されたフォノン（最大エネルギ
ーとして数十ｍｅＶ）でも電子対を破壊して準粒子の生
成、つまりは荷電子対Ｎの数を多くすることができ、高
エネルギー分解能の放射線検出素子の作成が可能とな
る。
【０００９】超伝導体材料を用いた放射線検出素子にお
いて、放射線による電子の直接励起と、準粒子によるフ
ォノン放出と、フォノンによる準粒子生成とからなる、
準粒子とフォノンのカスケード励起過程を計算機を用い
たモンテカルロシュミレーションを行った結果、半導体
材料に比べて３桁も多い準粒子数が生成され、エネルギ
ーε＝０．９６９ｍｅＶ、パラメータＦ＝０．２という
値が、理論検討から得られている（M. Kurakado and H.
Mazaki, Phys. Rev. B22 (1980) 168）。
いて、放射線による電子の直接励起と、準粒子によるフ
ォノン放出と、フォノンによる準粒子生成とからなる、
準粒子とフォノンのカスケード励起過程を計算機を用い
たモンテカルロシュミレーションを行った結果、半導体
材料に比べて３桁も多い準粒子数が生成され、エネルギ
ーε＝０．９６９ｍｅＶ、パラメータＦ＝０．２という
値が、理論検討から得られている（M. Kurakado and H.
Mazaki, Phys. Rev. B22 (1980) 168）。
【００１０】後述するＳｎ／ＳｎＯｘ／Ｓｎ接合の実験
ではエネルギーε＝２．４ｍｅＶが得られている（M. K
urakado, Nucl. Nucl. Instrum and Methods vol.196,
p.275 (1982)）。ケース１として理論値のε及びＦを用
い、ケース２として実験値のεを用い、Ｆ＝１と仮定し
たときの、エネルギー分解能と入射エネルギーとの関係
を図２３に示す。なお、図２３には、現在のところ、最
もエネルギー分解能のよい半導体材料であるＳｉを用い
た場合（ε＝３．７６ｅＶ、Ｆ＝０．０８（何れも実験
値））のエネルギー分解能と入射エネルギーとの関係も
比較のために示す。
ではエネルギーε＝２．４ｍｅＶが得られている（M. K
urakado, Nucl. Nucl. Instrum and Methods vol.196,
p.275 (1982)）。ケース１として理論値のε及びＦを用
い、ケース２として実験値のεを用い、Ｆ＝１と仮定し
たときの、エネルギー分解能と入射エネルギーとの関係
を図２３に示す。なお、図２３には、現在のところ、最
もエネルギー分解能のよい半導体材料であるＳｉを用い
た場合（ε＝３．７６ｅＶ、Ｆ＝０．０８（何れも実験
値））のエネルギー分解能と入射エネルギーとの関係も
比較のために示す。
【００１１】図２３から分かるように、超伝導材料を用
いた場合には、半導体材料を用いた場合に比べて、１０
倍程度のエネルギー分解能のよい放射線検出素子が実現
できる可能性があることを示している。超伝導体１／バ
リア／超伝導体２からなるジョセフソン接合において、
放射線を照射したときのトンネリング過程を図２４を用
いて説明する。図２４に示すように、ジョセフソン接合
に電圧を印加しているので、片側の超伝導体１のバンド
エネルギーがが eＵだけ高くなっている状態を示してい
る。
いた場合には、半導体材料を用いた場合に比べて、１０
倍程度のエネルギー分解能のよい放射線検出素子が実現
できる可能性があることを示している。超伝導体１／バ
リア／超伝導体２からなるジョセフソン接合において、
放射線を照射したときのトンネリング過程を図２４を用
いて説明する。図２４に示すように、ジョセフソン接合
に電圧を印加しているので、片側の超伝導体１のバンド
エネルギーがが eＵだけ高くなっている状態を示してい
る。
【００１２】片側の超伝導体１に放射線が入射すること
によって、電子対が破壊されて準粒子が生成される。こ
の準粒子の生成は放射線の直接励起又はフォノンによる
励起による。この準粒子がバリアをトンネルして超伝導
体２に達する。エネルギー分解能の向上は、生成された
準粒子がいかに効率よく絶縁体をトンネルするかによ
る。このトンネル現象は本質的に非平衡状態であり、い
かに効率よくトンネルするかは、第１に、準粒子のトン
ネル時間とフォノンの放出を伴う準粒子の再結合時間と
の関係により決定される。準粒子のトンネル時間と再結
合時間は、超伝導材料によって大きく異なる。第２に
は、熱的に励起される準粒子の影響をできるだけ小さく
することが重要であり、放射線の測定を低温（＜４．２
Ｋ）にすることが必要であると考えられる。
によって、電子対が破壊されて準粒子が生成される。こ
の準粒子の生成は放射線の直接励起又はフォノンによる
励起による。この準粒子がバリアをトンネルして超伝導
体２に達する。エネルギー分解能の向上は、生成された
準粒子がいかに効率よく絶縁体をトンネルするかによ
る。このトンネル現象は本質的に非平衡状態であり、い
かに効率よくトンネルするかは、第１に、準粒子のトン
ネル時間とフォノンの放出を伴う準粒子の再結合時間と
の関係により決定される。準粒子のトンネル時間と再結
合時間は、超伝導材料によって大きく異なる。第２に
は、熱的に励起される準粒子の影響をできるだけ小さく
することが重要であり、放射線の測定を低温（＜４．２
Ｋ）にすることが必要であると考えられる。
【００１３】ジョセフソン接合における準粒子のトンネ
リング過程は、図２５に示すような電流−電圧特性を示
す。すなわち、電圧Ｖo がバンドギャップエネルギー２
Δに相当する値２Δ／ｅよりも小さいときは、エネルギ
ーバンドより上に励起されている準粒子とその空孔のみ
が電流に寄与する。ジョセフソン接合に一定の電圧Ｖo
を印加する定電圧方式の場合には、放射線の入射前後に
より電流変化分ΔＩが生じ、この電流変化分ΔＩを信号
として取り出す。ジョセフソン接合に一定の電流Ｉo を
流す定電流方式の場合には、放射線の入射前後により電
圧変化分ΔＶが生じ、この電圧変化分ΔＶを信号として
取り出す。これら電流変化分ΔＩ及び電圧変化分ΔＶは
放射線の入射エネルギーに比例する。
リング過程は、図２５に示すような電流−電圧特性を示
す。すなわち、電圧Ｖo がバンドギャップエネルギー２
Δに相当する値２Δ／ｅよりも小さいときは、エネルギ
ーバンドより上に励起されている準粒子とその空孔のみ
が電流に寄与する。ジョセフソン接合に一定の電圧Ｖo
を印加する定電圧方式の場合には、放射線の入射前後に
より電流変化分ΔＩが生じ、この電流変化分ΔＩを信号
として取り出す。ジョセフソン接合に一定の電流Ｉo を
流す定電流方式の場合には、放射線の入射前後により電
圧変化分ΔＶが生じ、この電圧変化分ΔＶを信号として
取り出す。これら電流変化分ΔＩ及び電圧変化分ΔＶは
放射線の入射エネルギーに比例する。
【００１４】このように超伝導材料を用いた放射線検出
素子は、半導体材料を用いた放射線検出素子を凌駕する
性能を秘めており、放射線検出素子として非常に有望で
あることがわかった。超伝導材料を用いた従来の放射線
検出素子について説明する。ジョセフソン接合に放射線
を入射させる実験は約２０年前に行われた（C. H.Wood
and B. L. White, Appl. Phys. Lett., vol.15 (1969),
p.237)。接合材料はＳｎ／ＳｎＯｘ／Ｓｎである。こ
の実験ではα線入射による信号が判別できる程度であっ
た。
素子は、半導体材料を用いた放射線検出素子を凌駕する
性能を秘めており、放射線検出素子として非常に有望で
あることがわかった。超伝導材料を用いた従来の放射線
検出素子について説明する。ジョセフソン接合に放射線
を入射させる実験は約２０年前に行われた（C. H.Wood
and B. L. White, Appl. Phys. Lett., vol.15 (1969),
p.237)。接合材料はＳｎ／ＳｎＯｘ／Ｓｎである。こ
の実験ではα線入射による信号が判別できる程度であっ
た。
【００１５】その後、同じＳｎ／ＳｎＯｘ／Ｓｎ接合を
用いて一連の実験が精力的に行われた（M. Kurakado,
S. Tachi, R.Katano and H. Mazaki, Bull. Inst. Che
m. Res. 59 (Kyoto Univ. 1981等）。その結果、放射線
入射による信号が単なる温度上昇によるのではなく、放
射線による過剰準粒子の生成が、ジョセフソン接合から
の信号の発生に本質的であることがわかった。
用いて一連の実験が精力的に行われた（M. Kurakado,
S. Tachi, R.Katano and H. Mazaki, Bull. Inst. Che
m. Res. 59 (Kyoto Univ. 1981等）。その結果、放射線
入射による信号が単なる温度上昇によるのではなく、放
射線による過剰準粒子の生成が、ジョセフソン接合から
の信号の発生に本質的であることがわかった。
【００１６】その後、ニュートリノの質量決定、太陽ニ
ュートリノのエネルギー分布測定、暗黒物質や磁気単極
子の検出といった宇宙物理、素粒子物理の問題とも関連
して世界各地で、超伝導放射線検出器の研究開発が行わ
れつつある。１９８６年に、Kraus 等（H. Kraus, et.
al., Europhys. Lett. 1 (1986) 161)、とTwerenbold
（D. Twerenbold, Europhys. Lett. 1 (1986) 209)が、
別個に、55ＦｅからのＭｎＫα、ＭｎＫβのＸ線検出に
成功した。ジョセフソン接合材料はＳｎ／ＳｎＯｘ／Ｓ
ｎであり、熱的な影響をできるだけ除くために測定温度
は０．３Ｋであった。Twerenbold等の実験によれば、
５．９ＫｅＶの入射Ｘ線に対して、半値幅として９０ｅ
Ｖ、このうち配線へのエネルギー拡散の影響を除いた場
合の半値幅として６５ｅＶ、ノイズによる広がりを除い
た場合の半値幅として４１ｅＶのエネルギー分解能を得
ている。
ュートリノのエネルギー分布測定、暗黒物質や磁気単極
子の検出といった宇宙物理、素粒子物理の問題とも関連
して世界各地で、超伝導放射線検出器の研究開発が行わ
れつつある。１９８６年に、Kraus 等（H. Kraus, et.
al., Europhys. Lett. 1 (1986) 161)、とTwerenbold
（D. Twerenbold, Europhys. Lett. 1 (1986) 209)が、
別個に、55ＦｅからのＭｎＫα、ＭｎＫβのＸ線検出に
成功した。ジョセフソン接合材料はＳｎ／ＳｎＯｘ／Ｓ
ｎであり、熱的な影響をできるだけ除くために測定温度
は０．３Ｋであった。Twerenbold等の実験によれば、
５．９ＫｅＶの入射Ｘ線に対して、半値幅として９０ｅ
Ｖ、このうち配線へのエネルギー拡散の影響を除いた場
合の半値幅として６５ｅＶ、ノイズによる広がりを除い
た場合の半値幅として４１ｅＶのエネルギー分解能を得
ている。
【００１７】その後、配線幅を４μｍまで狭くすること
によって、５．９ＫｅＶの入射Ｘ線に対して半値幅とし
て４８ｅＶ、ノイズによる広がりを除いた場合の半値幅
として３７ｅＶのエネルギー分解能を得ている（W. Rot
hmund and A. Zehnder, Superconductive Particle Det
ectors, edited by A. Barone (World Scientific, Sin
gapore））。
によって、５．９ＫｅＶの入射Ｘ線に対して半値幅とし
て４８ｅＶ、ノイズによる広がりを除いた場合の半値幅
として３７ｅＶのエネルギー分解能を得ている（W. Rot
hmund and A. Zehnder, Superconductive Particle Det
ectors, edited by A. Barone (World Scientific, Sin
gapore））。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】このように超伝導材料
を用いた放射線検出素子は、半導体材料を用いた放射線
検出素子より性能が優れていることが実証された。しか
しながら、これらのエネルギー分解能はＳｎのエネルギ
ーギャップから予想される理論値２．５ｅＶよりまだ一
桁近く大きいので、素子構造の改良が必要と考えられ
る。更には、Ｓｎは室温とヘリウム温度との熱サイクル
に弱く、室温保持でさえも劣化しやすいという致命的な
欠点を有している。
を用いた放射線検出素子は、半導体材料を用いた放射線
検出素子より性能が優れていることが実証された。しか
しながら、これらのエネルギー分解能はＳｎのエネルギ
ーギャップから予想される理論値２．５ｅＶよりまだ一
桁近く大きいので、素子構造の改良が必要と考えられ
る。更には、Ｓｎは室温とヘリウム温度との熱サイクル
に弱く、室温保持でさえも劣化しやすいという致命的な
欠点を有している。
【００１９】そこで、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開発が行われつつある。Barone等
は熱サイクルに強いＮｂを下部電極にしたＰｂ／ＮｂＯ
ｘ／Ｎｂ接合を用い、配線幅を狭くすれば波高スペクト
ルは鋭くなることを示した（A. Barone et al., Nucl.
Instrum. and Methods., A234 (1985) 61 等）。デジタ
ル応用で実績のあるＮｂ／ＡｌＯｘ−Ａｌ／Ｎｂ接合を
放射線検出素子に用いる等の種々の試みも行われつつあ
る（M. Kurakado and A. Matsumura, J.J. Appl. Phys.
28 (1989) L459、特開平１−１２２１７９号公報等）
が、Ｓｎ／ＳｎＯｘ／Ｓｎ接合に用いた場合に比べて特
性は良くない。特性向上を図るために、倉門等は下部電
極のＮｂを単結晶化することで、５．９ＫｅＶのＸ線入
射にたいして半値幅として１６０ｅＶのエネルギー分解
能を得ている（倉門等、電子通信学会技術報告 ＳＣＢ
９０−１９ ｐｐ７）が、Ｓｎの接合に比べて特性がよ
くないという問題があった。
ョセフソン接合による開発が行われつつある。Barone等
は熱サイクルに強いＮｂを下部電極にしたＰｂ／ＮｂＯ
ｘ／Ｎｂ接合を用い、配線幅を狭くすれば波高スペクト
ルは鋭くなることを示した（A. Barone et al., Nucl.
Instrum. and Methods., A234 (1985) 61 等）。デジタ
ル応用で実績のあるＮｂ／ＡｌＯｘ−Ａｌ／Ｎｂ接合を
放射線検出素子に用いる等の種々の試みも行われつつあ
る（M. Kurakado and A. Matsumura, J.J. Appl. Phys.
28 (1989) L459、特開平１−１２２１７９号公報等）
が、Ｓｎ／ＳｎＯｘ／Ｓｎ接合に用いた場合に比べて特
性は良くない。特性向上を図るために、倉門等は下部電
極のＮｂを単結晶化することで、５．９ＫｅＶのＸ線入
射にたいして半値幅として１６０ｅＶのエネルギー分解
能を得ている（倉門等、電子通信学会技術報告 ＳＣＢ
９０−１９ ｐｐ７）が、Ｓｎの接合に比べて特性がよ
くないという問題があった。
【００２０】本発明の目的は、エネルギー分解能の特性
に優れ、熱サイクル耐性にも優れた放射線検出素子及び
その製造方法を提供することにある。
に優れ、熱サイクル耐性にも優れた放射線検出素子及び
その製造方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本願発明者は、非平衡超
伝導現象を利用する放射線検出素子として高性能な特性
を実現するためには、入射放射線とこれに伴うフォノン
により励起された準粒子が、途中でロスすることなく如
何に効率よくバリアをトンネルするかが非常に重要であ
ると考えた。
伝導現象を利用する放射線検出素子として高性能な特性
を実現するためには、入射放射線とこれに伴うフォノン
により励起された準粒子が、途中でロスすることなく如
何に効率よくバリアをトンネルするかが非常に重要であ
ると考えた。
【００２２】このためには、 （１）超伝導材料の有する準粒子の寿命とフォノンの寿
命が長いこと、 （２）フォノンの逃げの防止するような素子構造である
こと （３）放射線の照射位置を工夫すること の３点が重要であると考えた。
命が長いこと、 （２）フォノンの逃げの防止するような素子構造である
こと （３）放射線の照射位置を工夫すること の３点が重要であると考えた。
【００２３】そのような観点から、本願発明者は新しい
デバイス構造とデバイス材料を用いた放射線検出素子を
提案する。最初に（１）の点から考察する。デバイス材
料としては、前述したように、現状で高性能な結果が得
られているのはＳｎ／ＳｎＯｘ／Ｓｎ接合であり、安定
なＮｂ系ではまだ不十分な結果しか得られていない。こ
れは、励起された準粒子が効率よく、つまりは再結合す
ることなく、バリアをトンネルする割合に差があること
が本質的な原因であると考えた。そのように考えると、
準粒子の寿命が長い材料が、放射線検出素子に向いてい
ることになる。また、フォノンの寿命が長い方が、フォ
ノンによる準粒子生成がより効率よくできると考えた。
したがって、超伝導材料の有する準粒子の寿命とフォノ
ンの寿命が共に長いことが望ましいと考えた。
デバイス構造とデバイス材料を用いた放射線検出素子を
提案する。最初に（１）の点から考察する。デバイス材
料としては、前述したように、現状で高性能な結果が得
られているのはＳｎ／ＳｎＯｘ／Ｓｎ接合であり、安定
なＮｂ系ではまだ不十分な結果しか得られていない。こ
れは、励起された準粒子が効率よく、つまりは再結合す
ることなく、バリアをトンネルする割合に差があること
が本質的な原因であると考えた。そのように考えると、
準粒子の寿命が長い材料が、放射線検出素子に向いてい
ることになる。また、フォノンの寿命が長い方が、フォ
ノンによる準粒子生成がより効率よくできると考えた。
したがって、超伝導材料の有する準粒子の寿命とフォノ
ンの寿命が共に長いことが望ましいと考えた。
【００２４】そこで、代表的な超導電材料について準粒
子及びフォノンの寿命を調べた。図１に超伝導材料の準
粒子及びフォノンの寿命を示す（井口家成、日本物理学
会誌、第３５巻、第４号、第３１４頁）。なお、図１に
示す値は熱平衡状態における値であり、実際の非平衡状
態において、その値を保持しているかは不明である。図
１に示すように、Ａｌ、Ｓｎ、Ｐｂ等のいわゆる軟らか
い金属が準粒子の再結合時間が大きいことがわかる。そ
れに対して、Ｎｂの準粒子の再結合時間はＳｎに比べて
１桁以上小さく、寿命が短いことが分かる。また、Ｎｂ
は、フォノンの寿命というという点でもＳｎに比べて２
桁小さいことがわかる。このように、Ｓｎ、Ｐｂは、準
粒子及びフォノンの寿命の面から考えれば、放射線検出
素子のための材料としては好ましい材料である。しか
し、Ｓｎ、Ｐｂは熱サイクル耐性に欠けるため採用する
ことができない。
子及びフォノンの寿命を調べた。図１に超伝導材料の準
粒子及びフォノンの寿命を示す（井口家成、日本物理学
会誌、第３５巻、第４号、第３１４頁）。なお、図１に
示す値は熱平衡状態における値であり、実際の非平衡状
態において、その値を保持しているかは不明である。図
１に示すように、Ａｌ、Ｓｎ、Ｐｂ等のいわゆる軟らか
い金属が準粒子の再結合時間が大きいことがわかる。そ
れに対して、Ｎｂの準粒子の再結合時間はＳｎに比べて
１桁以上小さく、寿命が短いことが分かる。また、Ｎｂ
は、フォノンの寿命というという点でもＳｎに比べて２
桁小さいことがわかる。このように、Ｓｎ、Ｐｂは、準
粒子及びフォノンの寿命の面から考えれば、放射線検出
素子のための材料としては好ましい材料である。しか
し、Ｓｎ、Ｐｂは熱サイクル耐性に欠けるため採用する
ことができない。
【００２５】これに対し、超伝導転移温度４．５ＫのＴ
ａは、フォノンの寿命がＳｎに比べてやや短いが、準粒
子の寿命がＳｎと同程度の長さがあり、かつ、Ｎｂと同
様に融点が高く、熱サイクル耐性に優れているという特
性がある。そこで、本願発明者は、放射線検出素子の超
伝導材料としてＴａを採用し、Ｎｂ／ＡｌＯｘ−Ａｌ／
Ｎｂ接合と同様の考え方に基づいて、Ｔａ／ＡｌＯｘ−
Ａｌ／Ｔａ接合構造（バリア部分はＨｆＯｘ−Ｈｆ、Ｚ
ｒＯｘ−Ｚｒでもよい）又はＴａ／ＴａＯｘ／Ｔａ接合
構造を採用することとした。
ａは、フォノンの寿命がＳｎに比べてやや短いが、準粒
子の寿命がＳｎと同程度の長さがあり、かつ、Ｎｂと同
様に融点が高く、熱サイクル耐性に優れているという特
性がある。そこで、本願発明者は、放射線検出素子の超
伝導材料としてＴａを採用し、Ｎｂ／ＡｌＯｘ−Ａｌ／
Ｎｂ接合と同様の考え方に基づいて、Ｔａ／ＡｌＯｘ−
Ａｌ／Ｔａ接合構造（バリア部分はＨｆＯｘ−Ｈｆ、Ｚ
ｒＯｘ−Ｚｒでもよい）又はＴａ／ＴａＯｘ／Ｔａ接合
構造を採用することとした。
【００２６】次に（２）の点について考察する。入射放
射線による電子対破壊によって生じたフォノンは、超伝
導では別の電子対破壊に使われ、このことがエネルギー
分解能向上につながっている。そのためにはフォノンの
逃げを最小に抑えて、有効に電子対破壊に作用するよう
にすることが必要であると考えた。
射線による電子対破壊によって生じたフォノンは、超伝
導では別の電子対破壊に使われ、このことがエネルギー
分解能向上につながっている。そのためにはフォノンの
逃げを最小に抑えて、有効に電子対破壊に作用するよう
にすることが必要であると考えた。
【００２７】基板上に形成され、上面が液体ヘリウムと
接触している超伝導体の場合、超伝導体内で発生したフ
ォノンの逃げが超伝導体の上下の面のどちらで大きいか
を調べた。フォノンの逃げの度合いは、基板と液体ヘリ
ウムの熱伝導率に依存する。液体ヘリウムの熱伝導率は
基板の熱伝導率に比べて小さいので、液体ヘリウム側の
方からのフォノンの逃げが小さい。したがって、フォノ
ンを効率よく準粒子生成に使用するには、液体ヘリウム
側から放射線を照射するほうが効率的であり、そのよう
な素子構造が望ましいと考えた。
接触している超伝導体の場合、超伝導体内で発生したフ
ォノンの逃げが超伝導体の上下の面のどちらで大きいか
を調べた。フォノンの逃げの度合いは、基板と液体ヘリ
ウムの熱伝導率に依存する。液体ヘリウムの熱伝導率は
基板の熱伝導率に比べて小さいので、液体ヘリウム側の
方からのフォノンの逃げが小さい。したがって、フォノ
ンを効率よく準粒子生成に使用するには、液体ヘリウム
側から放射線を照射するほうが効率的であり、そのよう
な素子構造が望ましいと考えた。
【００２８】次に（３）の点について考察する。上述し
たとおり、超伝導体の液体ヘリウム側から放射線を照射
することが望ましいが、超伝導体接合の液体ヘリウム
側、すなわち配線側から放射線を照射した場合、配線を
介してのフォノンが逃げるという問題がある。また、前
述したように、配線幅を狭くしたときにエネルギー分解
能が向上したことからも明らかなように、液体ヘリウム
側から放射線を照射する場合、超伝導体接合のどの部分
に照射したかの照射位置依存性の問題がある。
たとおり、超伝導体の液体ヘリウム側から放射線を照射
することが望ましいが、超伝導体接合の液体ヘリウム
側、すなわち配線側から放射線を照射した場合、配線を
介してのフォノンが逃げるという問題がある。また、前
述したように、配線幅を狭くしたときにエネルギー分解
能が向上したことからも明らかなように、液体ヘリウム
側から放射線を照射する場合、超伝導体接合のどの部分
に照射したかの照射位置依存性の問題がある。
【００２９】そこで、本発明では、接合直下の基板に開
口部を形成し、この開口部に下部電極を液体ヘリウムと
接触させ、そこから放射線を照射するような素子構造に
することにした。このような素子構造にすることによ
り、フォノンの逃げを最小限に抑えられ、照射位置依存
性の問題も解決する。次に、本発明の素子構造で基板の
開口部から放射線を入射させる場合の望ましい基板材料
について検討した。放射線阻止能の小さい基板の場合、
照射した放射線は基板の開口部以外の部分を通過して接
合部分に入射してしまうという問題がある。特に、接合
構造をアレイ化した場合に問題となる。
口部を形成し、この開口部に下部電極を液体ヘリウムと
接触させ、そこから放射線を照射するような素子構造に
することにした。このような素子構造にすることによ
り、フォノンの逃げを最小限に抑えられ、照射位置依存
性の問題も解決する。次に、本発明の素子構造で基板の
開口部から放射線を入射させる場合の望ましい基板材料
について検討した。放射線阻止能の小さい基板の場合、
照射した放射線は基板の開口部以外の部分を通過して接
合部分に入射してしまうという問題がある。特に、接合
構造をアレイ化した場合に問題となる。
【００３０】そこで、本発明ではシリコン基板等の放射
線阻止能の小さい基板の底面に放射線阻止能の大きな材
料からなる放射線阻止層を形成することが望ましいと考
えた。放射線阻止能の大きな材料としては、例えば、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｈｆ、Ｐｔ、Ａｕ等がある。例えば、５．９Ｋ
ｅＶ程度のエネルギーのＸ線なら、１０μｍ程度の厚さ
の放射線阻止層で十分に阻止することができるが、１Ｍ
ｅＶ以上のエネルギーをもつα線などでは５０μｍ以上
の膜厚があることが望ましい。
線阻止能の小さい基板の底面に放射線阻止能の大きな材
料からなる放射線阻止層を形成することが望ましいと考
えた。放射線阻止能の大きな材料としては、例えば、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｈｆ、Ｐｔ、Ａｕ等がある。例えば、５．９Ｋ
ｅＶ程度のエネルギーのＸ線なら、１０μｍ程度の厚さ
の放射線阻止層で十分に阻止することができるが、１Ｍ
ｅＶ以上のエネルギーをもつα線などでは５０μｍ以上
の膜厚があることが望ましい。
【００３１】次に、本発明において超伝導体材料として
採用したＴａの結晶構造について考察する。本願発明者
は、前述したように、フォノンの寿命、準粒子の寿命
と、熱サイクル耐性の面から、超伝導転移温度４．５Ｋ
のＴａを超伝導体材料として採用することが望ましいと
考えた。しかしながら、バルクのＴａに比べてＴａ薄膜
は形成される結晶構造が不安定であることがわかった。
採用したＴａの結晶構造について考察する。本願発明者
は、前述したように、フォノンの寿命、準粒子の寿命
と、熱サイクル耐性の面から、超伝導転移温度４．５Ｋ
のＴａを超伝導体材料として採用することが望ましいと
考えた。しかしながら、バルクのＴａに比べてＴａ薄膜
は形成される結晶構造が不安定であることがわかった。
【００３２】バルクのＴａは、安定的に、超伝導転移温
度が４．５Ｋの体心立方晶（ｂｃｃ（body cubic centr
al））の結晶構造（α相）となるが、Ｔａ薄膜は、基板
温度によって結晶構造が左右されやすい。基板温度が低
いと、安定的に体心立方晶の結晶構造であるα相のＴａ
を得ることができず、超伝導転移温度が０．５Ｋ以下の
正方晶（Tetragonal）の結晶構造であるβ相のＴａが形
成されるが、基板温度を２５０℃以上にすれば、体心立
方晶の結晶構造であるα相のＴａが安定的に得られる。
しかしながら、基板を加熱して基板温度を高くすると、
ジョセフソン接合構造の界面の乱れが生じて良好な特性
の放射線検出素子を得ることができず望ましくない。
度が４．５Ｋの体心立方晶（ｂｃｃ（body cubic centr
al））の結晶構造（α相）となるが、Ｔａ薄膜は、基板
温度によって結晶構造が左右されやすい。基板温度が低
いと、安定的に体心立方晶の結晶構造であるα相のＴａ
を得ることができず、超伝導転移温度が０．５Ｋ以下の
正方晶（Tetragonal）の結晶構造であるβ相のＴａが形
成されるが、基板温度を２５０℃以上にすれば、体心立
方晶の結晶構造であるα相のＴａが安定的に得られる。
しかしながら、基板を加熱して基板温度を高くすると、
ジョセフソン接合構造の界面の乱れが生じて良好な特性
の放射線検出素子を得ることができず望ましくない。
【００３３】そこで、本願発明者は、基板温度が低くて
も、Ｔａ薄膜の下地層の材料を選択することにより、超
伝導転移温度が４．５Ｋの体心立方晶の結晶構造である
α相のＴａを安定的に得ることができるのではないかと
考えた。まず、シリコン基板上に種々の金属による下地
層を介して形成したＴａ層の結晶性について測定した。
図２に、シリコン基板上に種々の下地層を介して形成し
たＴａ層に対するＸ線回折の実験結果を示す。
も、Ｔａ薄膜の下地層の材料を選択することにより、超
伝導転移温度が４．５Ｋの体心立方晶の結晶構造である
α相のＴａを安定的に得ることができるのではないかと
考えた。まず、シリコン基板上に種々の金属による下地
層を介して形成したＴａ層の結晶性について測定した。
図２に、シリコン基板上に種々の下地層を介して形成し
たＴａ層に対するＸ線回折の実験結果を示す。
【００３４】（１００）面のシリコン基板上に、直接約
２００ｎｍ厚のＴａ層を形成した場合（（ａ）：Ｔａ／
Ｓｉ）、約１０ｎｍ厚のＡｌからなる下地層を介して約
２００ｎｍ厚のＴａ層を形成した場合（（ｂ）：Ｔａ／
Ａｌ／Ｓｉ）、約１０ｎｍ厚のＺｒからなる下地層を介
して約２００ｎｍ厚のＴａ層を形成した場合（（ｃ）：
Ｔａ／Ｚｒ／Ｓｉ）、約１０ｎｍ厚のＮｂからなる下地
層を介して約２００ｎｍ厚のＴａ層を形成した場合
（（ｄ）：Ｔａ／Ｎｂ／Ｓｉ）について、Ｔａ層の結晶
構造を調べた。シリコン基板を加熱することなくＴａ層
を形成した。
２００ｎｍ厚のＴａ層を形成した場合（（ａ）：Ｔａ／
Ｓｉ）、約１０ｎｍ厚のＡｌからなる下地層を介して約
２００ｎｍ厚のＴａ層を形成した場合（（ｂ）：Ｔａ／
Ａｌ／Ｓｉ）、約１０ｎｍ厚のＺｒからなる下地層を介
して約２００ｎｍ厚のＴａ層を形成した場合（（ｃ）：
Ｔａ／Ｚｒ／Ｓｉ）、約１０ｎｍ厚のＮｂからなる下地
層を介して約２００ｎｍ厚のＴａ層を形成した場合
（（ｄ）：Ｔａ／Ｎｂ／Ｓｉ）について、Ｔａ層の結晶
構造を調べた。シリコン基板を加熱することなくＴａ層
を形成した。
【００３５】図２に示すように、シリコン基板上にＴａ
層を直接形成した場合（ａ）には、正方晶の結晶構造で
あるβ相のＴａ層が形成されたが、下地層を介して形成
した場合（（ｂ）（ｃ）（ｄ））には、体心立方晶の結
晶構造であるα相のＴａ層が形成された。特に、下地層
がＮｂの場合（ｄ）やＺｒの場合（ｃ）には良好な体心
立方晶の結晶構造が得られていることがわかる。Ｔａ層
の４．２Ｋにおける超伝導性を調べたところ、下地層が
Ｎｂの場合（ｄ）やＺｒの場合（ｃ）には４．２Ｋにお
いて超伝導性を示したが、下地層がＡｌの場合（ｂ）や
下地層がない場合（ａ）には、４．２Ｋにおいて超伝導
性を示さなかった。下地層がＡｌの場合（ｂ）には、体
心立方晶の結晶構造が得られているものの超伝導転移温
度が４．２Ｋまでは上昇していないことがわかった。
層を直接形成した場合（ａ）には、正方晶の結晶構造で
あるβ相のＴａ層が形成されたが、下地層を介して形成
した場合（（ｂ）（ｃ）（ｄ））には、体心立方晶の結
晶構造であるα相のＴａ層が形成された。特に、下地層
がＮｂの場合（ｄ）やＺｒの場合（ｃ）には良好な体心
立方晶の結晶構造が得られていることがわかる。Ｔａ層
の４．２Ｋにおける超伝導性を調べたところ、下地層が
Ｎｂの場合（ｄ）やＺｒの場合（ｃ）には４．２Ｋにお
いて超伝導性を示したが、下地層がＡｌの場合（ｂ）や
下地層がない場合（ａ）には、４．２Ｋにおいて超伝導
性を示さなかった。下地層がＡｌの場合（ｂ）には、体
心立方晶の結晶構造が得られているものの超伝導転移温
度が４．２Ｋまでは上昇していないことがわかった。
【００３６】次に、Ｔａ上部電極／金属酸化物−金属／
Ｔａ下部電極という接合構造において、バリア層に用い
た金属によるＴａ層の結晶性について測定した。図３
に、上部電極のＴａ層に対するＸ線回折の実験結果を示
す。約２００ｎｍ厚のＴａ下部電極上に、ＡｌＯｘ−Ａ
ｌなる約１０ｎｍ厚のバリア層と約２００ｎｍ厚のＴａ
上部電極とを形成した場合（（ａ）：Ｔａ／ＡｌＯｘ−
Ａｌ／Ｔａ）、約２００ｎｍ厚のＴａ下部電極上に、Ｚ
ｒＯｘ−Ｚｒなる約１０ｎｍ厚のバリア層と約２００ｎ
ｍ厚のＴａ上部電極とを形成した場合（（ｂ）：Ｔａ／
ＺｒＯｘ−Ｚｒ／Ｔａ）について、Ｔａ上部電極の結晶
構造を調べた。シリコン基板を加熱することなくＴａ層
を形成した。
Ｔａ下部電極という接合構造において、バリア層に用い
た金属によるＴａ層の結晶性について測定した。図３
に、上部電極のＴａ層に対するＸ線回折の実験結果を示
す。約２００ｎｍ厚のＴａ下部電極上に、ＡｌＯｘ−Ａ
ｌなる約１０ｎｍ厚のバリア層と約２００ｎｍ厚のＴａ
上部電極とを形成した場合（（ａ）：Ｔａ／ＡｌＯｘ−
Ａｌ／Ｔａ）、約２００ｎｍ厚のＴａ下部電極上に、Ｚ
ｒＯｘ−Ｚｒなる約１０ｎｍ厚のバリア層と約２００ｎ
ｍ厚のＴａ上部電極とを形成した場合（（ｂ）：Ｔａ／
ＺｒＯｘ−Ｚｒ／Ｔａ）について、Ｔａ上部電極の結晶
構造を調べた。シリコン基板を加熱することなくＴａ層
を形成した。
【００３７】図３に示すように、共に、体心立方晶の結
晶構造であるα相のＴａ層が形成されたが、バリア層の
金属としてＺｒを用いた場合（（ｂ）：Ｔａ／ＺｒＯｘ
−Ｚｒ／Ｔａ）の方が良好な体心立方晶の結晶構造が得
られていることがわかった。このように上部電極として
のＴａ層の結晶性に対して、バリア層に用いる材料が非
常に重要であることがわかる。例えば、図３に示すよう
に、バリア層に用いる超伝導金属材料としてＺｒがより
適していることがわかる。また、Ｚｒ以外にもＨｆを用
い、ＨｆＯｘ−Ｈｆなるバリア層とした場合にも上部電
極のＴａ層の結晶性が非常に良好であることを確認し
た。
晶構造であるα相のＴａ層が形成されたが、バリア層の
金属としてＺｒを用いた場合（（ｂ）：Ｔａ／ＺｒＯｘ
−Ｚｒ／Ｔａ）の方が良好な体心立方晶の結晶構造が得
られていることがわかった。このように上部電極として
のＴａ層の結晶性に対して、バリア層に用いる材料が非
常に重要であることがわかる。例えば、図３に示すよう
に、バリア層に用いる超伝導金属材料としてＺｒがより
適していることがわかる。また、Ｚｒ以外にもＨｆを用
い、ＨｆＯｘ−Ｈｆなるバリア層とした場合にも上部電
極のＴａ層の結晶性が非常に良好であることを確認し
た。
【００３８】次に、配線層としてＴａ層を用いた場合、
下地層がＴａ層の結晶性に及ぼす影響について測定し
た。図４に、下地層の膜厚を変化させて形成したＴａ層
に対するＸ線回折の実験結果を示す。シリコン基板上に
層間絶縁膜として約３００ｎｍ厚のシリコン酸化膜を形
成し、このシリコン酸化膜上に下地層として種々の厚さ
のＮｂ層を形成し、この下地層上に配線層として約４０
０ｎｍ厚のＴａ層を形成した。シリコン基板を加熱する
ことなくＴａ層を形成した。下地層であるＮｂ層の膜厚
が０ｎｍ（（ａ））、１０ｎｍ（（ｂ））、２０ｎｍ
（（ｃ））、４０ｎｍ（（ｃ））、６０ｎｍ
（（ｄ））、８０ｎｍ（（ｅ））について、Ｔａ層の結
晶構造を調べた。
下地層がＴａ層の結晶性に及ぼす影響について測定し
た。図４に、下地層の膜厚を変化させて形成したＴａ層
に対するＸ線回折の実験結果を示す。シリコン基板上に
層間絶縁膜として約３００ｎｍ厚のシリコン酸化膜を形
成し、このシリコン酸化膜上に下地層として種々の厚さ
のＮｂ層を形成し、この下地層上に配線層として約４０
０ｎｍ厚のＴａ層を形成した。シリコン基板を加熱する
ことなくＴａ層を形成した。下地層であるＮｂ層の膜厚
が０ｎｍ（（ａ））、１０ｎｍ（（ｂ））、２０ｎｍ
（（ｃ））、４０ｎｍ（（ｃ））、６０ｎｍ
（（ｄ））、８０ｎｍ（（ｅ））について、Ｔａ層の結
晶構造を調べた。
【００３９】図４に示すように、下地層としてＮｂ層を
形成しない場合（（ａ））のＴａ層はアモルファス的で
あり全く結晶性を示さなかったが、下地層としてＮｂ層
を形成した場合には、体心立方晶の結晶構造であるα相
のＴａ層が形成された。下地層であるＮｂ層の膜厚が厚
くなるほど結晶性がすぐれていることがわかる。Ｔａ層
の４．２Ｋにおける超伝導性を調べたところ、下地層で
あるＮｂ層の膜厚が１０ｎｍの場合（（ｂ））では４．
２Ｋにおいて超伝導性を示さなかったが、下地層である
Ｎｂ層の膜厚が２０ｎｍ以上の場合（（ｃ）、（ｄ）、
（ｅ））は、全て４．２Ｋにおいて超伝導性を示した。
形成しない場合（（ａ））のＴａ層はアモルファス的で
あり全く結晶性を示さなかったが、下地層としてＮｂ層
を形成した場合には、体心立方晶の結晶構造であるα相
のＴａ層が形成された。下地層であるＮｂ層の膜厚が厚
くなるほど結晶性がすぐれていることがわかる。Ｔａ層
の４．２Ｋにおける超伝導性を調べたところ、下地層で
あるＮｂ層の膜厚が１０ｎｍの場合（（ｂ））では４．
２Ｋにおいて超伝導性を示さなかったが、下地層である
Ｎｂ層の膜厚が２０ｎｍ以上の場合（（ｃ）、（ｄ）、
（ｅ））は、全て４．２Ｋにおいて超伝導性を示した。
【００４０】上述した実験結果から、低い基板温度にお
いて良好な結晶性のＴａ層を形成するためには、下地層
を用いることが有効であることがわかった。特に、下地
層としてＮｂ、Ｖ、Ｗ、Ｈｆ、Ｚｒ又はＴｉのように、
Ｔａと格子定数が近い所定膜厚以上の金属層を用いるこ
とが有効であることがわかった。
いて良好な結晶性のＴａ層を形成するためには、下地層
を用いることが有効であることがわかった。特に、下地
層としてＮｂ、Ｖ、Ｗ、Ｈｆ、Ｚｒ又はＴｉのように、
Ｔａと格子定数が近い所定膜厚以上の金属層を用いるこ
とが有効であることがわかった。
【００４１】
【作用】本発明によれば、超伝導体層をＴａ層により形
成し、接合部分直下の基板に放射線を入射するための開
口部を形成したので、準粒子の寿命とフォノンの寿命が
長く、十分な熱サイクル耐性を確保すると共に、フォノ
ンの逃げを最小限に抑えられ、照射位置依存性を小さく
することができる。
成し、接合部分直下の基板に放射線を入射するための開
口部を形成したので、準粒子の寿命とフォノンの寿命が
長く、十分な熱サイクル耐性を確保すると共に、フォノ
ンの逃げを最小限に抑えられ、照射位置依存性を小さく
することができる。
【００４２】さらに、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｈｆ、Ｚｒ又はＴ
ｉからなる下地層上にＴａ層を形成したので、基板温度
が低くても、超伝導転移温度が４．５Ｋの体心立方晶の
結晶構造であるα相のＴａを安定的に得ることができ
る。
ｉからなる下地層上にＴａ層を形成したので、基板温度
が低くても、超伝導転移温度が４．５Ｋの体心立方晶の
結晶構造であるα相のＴａを安定的に得ることができ
る。
【００４３】
【実施例】本発明の第１の実施例による放射線検出素子
を図５を用いて説明する。約１００μｍ厚のＴａ基板１
０上に約１００〜３００ｎｍ厚のＳｉＯ2 層１２が形成
されている。ＳｉＯ2 層１２上には下部電極として約２
００ｎｍ厚のＴａ超伝導体層１４が形成されている。Ｔ
ａ超伝導体層１４上の一部にはバリア層１６を介して上
部電極として約２００ｎｍ厚のＴａ超伝導体層１８が形
成され、ジョセフソン接合を形成している。
を図５を用いて説明する。約１００μｍ厚のＴａ基板１
０上に約１００〜３００ｎｍ厚のＳｉＯ2 層１２が形成
されている。ＳｉＯ2 層１２上には下部電極として約２
００ｎｍ厚のＴａ超伝導体層１４が形成されている。Ｔ
ａ超伝導体層１４上の一部にはバリア層１６を介して上
部電極として約２００ｎｍ厚のＴａ超伝導体層１８が形
成され、ジョセフソン接合を形成している。
【００４４】バリア層１６は、約７０ｎｍ厚のＡｌ層の
上面が酸化されて約１０ｎｍ厚のＡｌＯｘ層が形成され
たＡｌＯｘ−Ａｌの二層構造になっている。Ｔａ超伝導
体層１４、１８はＳｉＯ2 層２０により覆われている。
ＳｉＯ2 層２０上には約６００ｎｍ厚のＴａ配線層２
２、２４が形成され、Ｔａ配線層２２はコンタクトホー
ルを介してＴａ超伝導体層１４に接続され、Ｔａ配線層
２４はコンタクトホールを介してＴａ超伝導体層１８に
接続されている。
上面が酸化されて約１０ｎｍ厚のＡｌＯｘ層が形成され
たＡｌＯｘ−Ａｌの二層構造になっている。Ｔａ超伝導
体層１４、１８はＳｉＯ2 層２０により覆われている。
ＳｉＯ2 層２０上には約６００ｎｍ厚のＴａ配線層２
２、２４が形成され、Ｔａ配線層２２はコンタクトホー
ルを介してＴａ超伝導体層１４に接続され、Ｔａ配線層
２４はコンタクトホールを介してＴａ超伝導体層１８に
接続されている。
【００４５】Ｔａ超伝導体層１４とバリア層１６とＴａ
超伝導体層１８により形成されるジョセフソン接合の直
下のＴａ基板１０及びＳｉＯ2 層１２には、底面からＴ
ａ超伝導体層１８に達する開口部２６が形成されてい
る。放射線検出時には、全体を液体ヘリウムに浸漬させ
る。放射線はＴａ基板１０の底面から入射し、入射した
放射線はＴａ基板１０の開口部２６を介して液体ヘリウ
ムに接触するＴａ超伝導体層１８側からジョセフソン接
合部分に入射される。
超伝導体層１８により形成されるジョセフソン接合の直
下のＴａ基板１０及びＳｉＯ2 層１２には、底面からＴ
ａ超伝導体層１８に達する開口部２６が形成されてい
る。放射線検出時には、全体を液体ヘリウムに浸漬させ
る。放射線はＴａ基板１０の底面から入射し、入射した
放射線はＴａ基板１０の開口部２６を介して液体ヘリウ
ムに接触するＴａ超伝導体層１８側からジョセフソン接
合部分に入射される。
【００４６】このように本実施例によれば、ジョセフソ
ン接合をＴａ超伝導体層により形成したので、準粒子の
寿命とフォノンの寿命が長く、十分な熱サイクル耐性を
確保することができる。また、接合部分直下のＴａ基板
及びＳｉＯ2 層に、放射線を入射するための開口部を形
成したので、フォノンの逃げを最小限に抑えられ、照射
位置依存性を小さくすることができる。
ン接合をＴａ超伝導体層により形成したので、準粒子の
寿命とフォノンの寿命が長く、十分な熱サイクル耐性を
確保することができる。また、接合部分直下のＴａ基板
及びＳｉＯ2 層に、放射線を入射するための開口部を形
成したので、フォノンの逃げを最小限に抑えられ、照射
位置依存性を小さくすることができる。
【００４７】次に、本発明の第１の実施例による放射線
検出素子の製造方法を図６乃至図８を用いて説明する。
まず、約１００μｍ厚のＴａ基板１０上に、スパッタ法
又はＣＶＤ法により約１００〜３００ｎｍ厚のＳｉＯ2
層１２を堆積する。続いて、ＳｉＯ2 層１２上に約２０
０ｎｍ厚のＴａ超伝導体層１４をスパッタ法により堆積
する。続いて、Ｔａ超伝導体層１４上に約７０ｎｍ厚の
Ａｌ層をスパッタ法により堆積した後、その表面を酸化
してＡｌＯｘ−Ａｌの二層構造のバリア層１６を形成す
る。続いて、バリア層１６上に約２００ｎｍ厚のＴａ超
伝導体層１８をスパッタ法により堆積する（図６
（ａ））。
検出素子の製造方法を図６乃至図８を用いて説明する。
まず、約１００μｍ厚のＴａ基板１０上に、スパッタ法
又はＣＶＤ法により約１００〜３００ｎｍ厚のＳｉＯ2
層１２を堆積する。続いて、ＳｉＯ2 層１２上に約２０
０ｎｍ厚のＴａ超伝導体層１４をスパッタ法により堆積
する。続いて、Ｔａ超伝導体層１４上に約７０ｎｍ厚の
Ａｌ層をスパッタ法により堆積した後、その表面を酸化
してＡｌＯｘ−Ａｌの二層構造のバリア層１６を形成す
る。続いて、バリア層１６上に約２００ｎｍ厚のＴａ超
伝導体層１８をスパッタ法により堆積する（図６
（ａ））。
【００４８】次に、ジョセフソン接合の形成予定領域に
対応する領域が開口するようにパターニングされたレジ
スト層３０をＴａ基板１０底面に形成し、このレジスト
層３０をマスクとして、硝酸と塩酸の混合液によるケミ
カルエッチングによりＴａ基板１０を底面からケミカル
エッチングして開口部２６を形成する。ケミカルエッチ
ングはＳｉＯ2 層１２で停止するので、続いて、ＣＨＦ
3 ＋３０％Ｏ2 ガスをエッチングガスとして用い、圧力
８Ｐａ、印加電力５０Ｗの条件で反応性イオンエッチン
グ（ＲＩＥ）によりＳｉＯ2 層１２をエッチングする。
Ｔａ超伝導体層１４が露出するまでエッチングを行う
（図６（ｂ））。
対応する領域が開口するようにパターニングされたレジ
スト層３０をＴａ基板１０底面に形成し、このレジスト
層３０をマスクとして、硝酸と塩酸の混合液によるケミ
カルエッチングによりＴａ基板１０を底面からケミカル
エッチングして開口部２６を形成する。ケミカルエッチ
ングはＳｉＯ2 層１２で停止するので、続いて、ＣＨＦ
3 ＋３０％Ｏ2 ガスをエッチングガスとして用い、圧力
８Ｐａ、印加電力５０Ｗの条件で反応性イオンエッチン
グ（ＲＩＥ）によりＳｉＯ2 層１２をエッチングする。
Ｔａ超伝導体層１４が露出するまでエッチングを行う
（図６（ｂ））。
【００４９】次に、Ｔａ超伝導体層１８上に、ジョセフ
ソン接合の形成予定領域が残存するようにパターニング
されたレジスト層３２を形成し、このレジスト層３２を
マスクとして、ＣＦ4 ＋５％Ｏ2 ガスをエッチングガス
として用い、圧力７Ｐａ、印加電力５０Ｗの条件で反応
性イオンエッチングによりＴａ超伝導体層１８をエッチ
ングする。このエッチングはバリア層１６で停止する
（図６（ｃ））。
ソン接合の形成予定領域が残存するようにパターニング
されたレジスト層３２を形成し、このレジスト層３２を
マスクとして、ＣＦ4 ＋５％Ｏ2 ガスをエッチングガス
として用い、圧力７Ｐａ、印加電力５０Ｗの条件で反応
性イオンエッチングによりＴａ超伝導体層１８をエッチ
ングする。このエッチングはバリア層１６で停止する
（図６（ｃ））。
【００５０】次に、同じレジスト層３２をマスクとし
て、Ａｒガスを用い、圧力１Ｐａ、印加電力１００Ｗの
条件で反応性イオンエッチングによりＡｌＯｘ−Ａｌバ
リア層１６をエッチングする。このエッチングはＴａ超
伝導体層１４で停止する（図７（ａ））。次に、Ｔａ超
伝導体層１４、１８上に下部電極の形成予定領域が残存
するようにパターニングされたレジスト層３４を形成
し、このレジスト層３４をマスクとして、ＣＦ4 ＋５％
Ｏ2 ガスをエッチングガスとして用い、圧力７Ｐａ、印
加電力５０Ｗの条件で反応性イオンエッチングによりＴ
ａ超伝導体層１８をエッチングする。このエッチングは
ＳｉＯ2 層１２で停止する（図７（ｂ））。
て、Ａｒガスを用い、圧力１Ｐａ、印加電力１００Ｗの
条件で反応性イオンエッチングによりＡｌＯｘ−Ａｌバ
リア層１６をエッチングする。このエッチングはＴａ超
伝導体層１４で停止する（図７（ａ））。次に、Ｔａ超
伝導体層１４、１８上に下部電極の形成予定領域が残存
するようにパターニングされたレジスト層３４を形成
し、このレジスト層３４をマスクとして、ＣＦ4 ＋５％
Ｏ2 ガスをエッチングガスとして用い、圧力７Ｐａ、印
加電力５０Ｗの条件で反応性イオンエッチングによりＴ
ａ超伝導体層１８をエッチングする。このエッチングは
ＳｉＯ2 層１２で停止する（図７（ｂ））。
【００５１】次に、電力９００Ｗ、圧力１．３Ｐａの条
件でＡｒを用いるスパッタ法により全面にＳｉＯ2 層２
０を堆積する（図７（ｃ））。次に、ＳｉＯ2 層２０上
にコンタクトホール形成予定領域が開口するようにパタ
ーニングされたレジスト層３６を形成し、このレジスト
層３６をマスクとして、ＣＨＦ3 ＋３０％Ｏ2 ガスをエ
ッチングガスとして用い、圧力７Ｐａ、印加電力１００
Ｗの条件で反応性イオンエッチングによりＳｉＯ2 層２
０をＴａ超伝導体層１４、１８が露出するまでエッチン
グする（図８（ａ））。
件でＡｒを用いるスパッタ法により全面にＳｉＯ2 層２
０を堆積する（図７（ｃ））。次に、ＳｉＯ2 層２０上
にコンタクトホール形成予定領域が開口するようにパタ
ーニングされたレジスト層３６を形成し、このレジスト
層３６をマスクとして、ＣＨＦ3 ＋３０％Ｏ2 ガスをエ
ッチングガスとして用い、圧力７Ｐａ、印加電力１００
Ｗの条件で反応性イオンエッチングによりＳｉＯ2 層２
０をＴａ超伝導体層１４、１８が露出するまでエッチン
グする（図８（ａ））。
【００５２】次に、ＳｉＯ2 層２０上に約６００ｎｍ厚
のＴａ配線層２２、２４を形成する。Ｔａ配線層２２は
コンタクトホールを介してＴａ超伝導体層１４に接続さ
れ、Ｔａ配線層２４はコンタクトホールを介してＴａ超
伝導体層１８に接続される（図８（ｂ））。これにより
本実施例による放射線検出素子が完成する。本発明の第
２の実施例による放射線検出素子を図９を用いて説明す
る。図９（ａ）はＡ−Ａ線断面図、図９（ｂ）は平面図
である。
のＴａ配線層２２、２４を形成する。Ｔａ配線層２２は
コンタクトホールを介してＴａ超伝導体層１４に接続さ
れ、Ｔａ配線層２４はコンタクトホールを介してＴａ超
伝導体層１８に接続される（図８（ｂ））。これにより
本実施例による放射線検出素子が完成する。本発明の第
２の実施例による放射線検出素子を図９を用いて説明す
る。図９（ａ）はＡ−Ａ線断面図、図９（ｂ）は平面図
である。
【００５３】本実施例の放射線検出素子は、図５に示す
ジョセフソン接合構造をアレイ状に配置したものであ
る。例えば、数ｍｍ角のＴａチップに約１００μｍ角の
ジョセフソン接合部分を約１０００個アレイ状に実装す
る。Ｔａ基板１０上に形成されたＳｉＯ2 層１２上に、
下部電極として複数のＴａ超伝導体層１４が形成され、
各Ｔａ超伝導体層１４上に、それぞれＡｌＯｘ−Ａｌ二
層構造のバリア層１６を介して上部電極としてＴａ超伝
導体層１８が形成され、複数のジョセフソン接合がアレ
イ状に配置されている。
ジョセフソン接合構造をアレイ状に配置したものであ
る。例えば、数ｍｍ角のＴａチップに約１００μｍ角の
ジョセフソン接合部分を約１０００個アレイ状に実装す
る。Ｔａ基板１０上に形成されたＳｉＯ2 層１２上に、
下部電極として複数のＴａ超伝導体層１４が形成され、
各Ｔａ超伝導体層１４上に、それぞれＡｌＯｘ−Ａｌ二
層構造のバリア層１６を介して上部電極としてＴａ超伝
導体層１８が形成され、複数のジョセフソン接合がアレ
イ状に配置されている。
【００５４】Ｔａ基板１０及びＳｉＯ2 層１２には、配
置された複数のジョセフソン接合に対応する位置に底面
からそれぞれ開口部２６が形成されている。各Ｔａ超伝
導体層１４、１８はＳｉＯ2 層２０により覆われ、Ｓｉ
Ｏ2 層２０上にはＴａ配線層４１、４２、…が形成さ
れ、各Ｔａ配線層４１、４２、…は隣接するジョセフソ
ン接合の下部電極であるＴａ超伝導体層１４と上部電極
であるＴａ超伝導体層１８とを接続している。
置された複数のジョセフソン接合に対応する位置に底面
からそれぞれ開口部２６が形成されている。各Ｔａ超伝
導体層１４、１８はＳｉＯ2 層２０により覆われ、Ｓｉ
Ｏ2 層２０上にはＴａ配線層４１、４２、…が形成さ
れ、各Ｔａ配線層４１、４２、…は隣接するジョセフソ
ン接合の下部電極であるＴａ超伝導体層１４と上部電極
であるＴａ超伝導体層１８とを接続している。
【００５５】放射線検出時には、全体を液体ヘリウムに
浸漬させる。放射線はＴａ基板１０の底面から入射し、
入射した放射線はＴａ基板１０の各開口部２６を介して
液体ヘリウムに接触するＴａ超伝導体層１８側から各ジ
ョセフソン接合部分に入射される。このように本実施例
によれば、二次元の位置検出機能をあわせもつ放射線検
出素子の作成が可能である。
浸漬させる。放射線はＴａ基板１０の底面から入射し、
入射した放射線はＴａ基板１０の各開口部２６を介して
液体ヘリウムに接触するＴａ超伝導体層１８側から各ジ
ョセフソン接合部分に入射される。このように本実施例
によれば、二次元の位置検出機能をあわせもつ放射線検
出素子の作成が可能である。
【００５６】本発明の第３の実施例による放射線検出素
子を図１０を用いて説明する。約５０μｍ厚のＳｉ基板
５０底面に約０．５〜１００μｍ厚のＴａ層５２が形成
されている。Ｓｉ基板５０上には下部電極として約２０
０ｎｍ厚のＴａ超伝導体層１４が形成されている。Ｔａ
超伝導体層１４上の一部にはバリア層１６を介して上部
電極として約２００ｎｍ厚のＴａ超伝導体層１８が形成
され、ジョセフソン接合を形成している。
子を図１０を用いて説明する。約５０μｍ厚のＳｉ基板
５０底面に約０．５〜１００μｍ厚のＴａ層５２が形成
されている。Ｓｉ基板５０上には下部電極として約２０
０ｎｍ厚のＴａ超伝導体層１４が形成されている。Ｔａ
超伝導体層１４上の一部にはバリア層１６を介して上部
電極として約２００ｎｍ厚のＴａ超伝導体層１８が形成
され、ジョセフソン接合を形成している。
【００５７】バリア層１６は、約７ｎｍ厚のＡｌ層の上
面が酸化されて約１ｎｍ厚のＡｌＯｘ層が形成されたＡ
ｌＯｘ−Ａｌの二層構造になっている。Ｔａ超伝導体層
１４、１８はＳｉＯ2 層２０により覆われている。Ｓｉ
Ｏ2 層２０上には約６００ｎｍ厚のＴａ配線層２２、２
４が形成され、Ｔａ配線層２２はコンタクトホールを介
してＴａ超伝導体層１４に接続され、Ｔａ配線層２４は
コンタクトホールを介してＴａ超伝導体層１８に接続さ
れている。
面が酸化されて約１ｎｍ厚のＡｌＯｘ層が形成されたＡ
ｌＯｘ−Ａｌの二層構造になっている。Ｔａ超伝導体層
１４、１８はＳｉＯ2 層２０により覆われている。Ｓｉ
Ｏ2 層２０上には約６００ｎｍ厚のＴａ配線層２２、２
４が形成され、Ｔａ配線層２２はコンタクトホールを介
してＴａ超伝導体層１４に接続され、Ｔａ配線層２４は
コンタクトホールを介してＴａ超伝導体層１８に接続さ
れている。
【００５８】Ｔａ超伝導体層１４とバリア層１６とＴａ
超伝導体層１８により形成されるジョセフソン接合の直
下のＳｉ基板５０及びＴａ層５２には、底面からＴａ超
伝導体層１８に達する開口部２６が形成されている。放
射線検出時には、全体を液体ヘリウムに浸漬させる。放
射線はＳｉ基板５０の底面から入射し、入射した放射線
はＳｉ基板５０の開口部２６を介して液体ヘリウムに接
触するＴａ超伝導体層１８側からジョセフソン接合部分
に入射される。
超伝導体層１８により形成されるジョセフソン接合の直
下のＳｉ基板５０及びＴａ層５２には、底面からＴａ超
伝導体層１８に達する開口部２６が形成されている。放
射線検出時には、全体を液体ヘリウムに浸漬させる。放
射線はＳｉ基板５０の底面から入射し、入射した放射線
はＳｉ基板５０の開口部２６を介して液体ヘリウムに接
触するＴａ超伝導体層１８側からジョセフソン接合部分
に入射される。
【００５９】なお、本実施例のＴａ配線層２２、２４の
代わりにＮｂにより形成したＮｂ配線層を用いてよい。
このように本実施例によれば、ジョセフソン接合をＴａ
超伝導体層により形成したので、準粒子の寿命とフォノ
ンの寿命が長く、十分な熱サイクル耐性を確保すること
ができる。また、接合部分直下のＳｉ基板及びＴａ層
に、放射線を入射するための開口部を形成したので、フ
ォノンの逃げを最小限に抑えられ、照射位置依存性を小
さくすることができる。
代わりにＮｂにより形成したＮｂ配線層を用いてよい。
このように本実施例によれば、ジョセフソン接合をＴａ
超伝導体層により形成したので、準粒子の寿命とフォノ
ンの寿命が長く、十分な熱サイクル耐性を確保すること
ができる。また、接合部分直下のＳｉ基板及びＴａ層
に、放射線を入射するための開口部を形成したので、フ
ォノンの逃げを最小限に抑えられ、照射位置依存性を小
さくすることができる。
【００６０】次に、本発明の第３の実施例による放射線
検出素子の製造方法を図１１乃至図１３を用いて説明す
る。まず、約３００μｍ厚のＳｉ基板５０を研磨により
約５０μｍ厚まで薄くする。約５０μｍ厚のＳｉ基板５
０の底面にスパッタ法、ＣＶＤ法等により約０．５〜１
００μｍ厚のＴａ層５２を形成する。Ａｒ１．３Ｐａの
雰囲気中で、印加電流２．０Ａ、印加電圧３００Ｖの条
件でＤＣマグネトロンスパッタ法によりＴａ層５２を形
成する。堆積速度は約２００ｎｍ／ｍｉｎである。続い
て、Ｓｉ基板５０上に約２００ｎｍ厚のＴａ超伝導体層
１４をスパッタ法により堆積する。続いて、Ｔａ超伝導
体層１４上に約７ｎｍ厚のＡｌ層をスパッタ法により堆
積した後、その表面を酸化してＡｌＯｘ−Ａｌの二層構
造のバリア層１６を形成する。続いて、バリア層１６上
に約２００ｎｍ厚のＴａ超伝導体層１８をスパッタ法に
より堆積する（図１１（ａ））。
検出素子の製造方法を図１１乃至図１３を用いて説明す
る。まず、約３００μｍ厚のＳｉ基板５０を研磨により
約５０μｍ厚まで薄くする。約５０μｍ厚のＳｉ基板５
０の底面にスパッタ法、ＣＶＤ法等により約０．５〜１
００μｍ厚のＴａ層５２を形成する。Ａｒ１．３Ｐａの
雰囲気中で、印加電流２．０Ａ、印加電圧３００Ｖの条
件でＤＣマグネトロンスパッタ法によりＴａ層５２を形
成する。堆積速度は約２００ｎｍ／ｍｉｎである。続い
て、Ｓｉ基板５０上に約２００ｎｍ厚のＴａ超伝導体層
１４をスパッタ法により堆積する。続いて、Ｔａ超伝導
体層１４上に約７ｎｍ厚のＡｌ層をスパッタ法により堆
積した後、その表面を酸化してＡｌＯｘ−Ａｌの二層構
造のバリア層１６を形成する。続いて、バリア層１６上
に約２００ｎｍ厚のＴａ超伝導体層１８をスパッタ法に
より堆積する（図１１（ａ））。
【００６１】次に、ジョセフソン接合の形成予定領域に
対応する領域が開口するようにパターニングされたレジ
スト層３０をＴａ層５２底面に形成し、このレジスト層
３０をマスクとして、反応性イオンエッチングによりＴ
ａ層５２をエッチング除去する。エッチング条件は、Ｃ
Ｆ4 ＋５％Ｏ2 ガス、８Ｐａ、印加電力５０Ｗである。
続いて、同じレジスト層３０をマスクとして、硝酸と塩
酸の混合液によるケミカルエッチングによりＳｉ基板５
０をケミカルエッチングする。このようにして開口部２
６が形成され、Ｔａ超伝導体層１４が露出する（図１１
（ｂ））。
対応する領域が開口するようにパターニングされたレジ
スト層３０をＴａ層５２底面に形成し、このレジスト層
３０をマスクとして、反応性イオンエッチングによりＴ
ａ層５２をエッチング除去する。エッチング条件は、Ｃ
Ｆ4 ＋５％Ｏ2 ガス、８Ｐａ、印加電力５０Ｗである。
続いて、同じレジスト層３０をマスクとして、硝酸と塩
酸の混合液によるケミカルエッチングによりＳｉ基板５
０をケミカルエッチングする。このようにして開口部２
６が形成され、Ｔａ超伝導体層１４が露出する（図１１
（ｂ））。
【００６２】次に、Ｔａ超伝導体層１８上に、ジョセフ
ソン接合の形成予定領域が残存するようにパターニング
されたレジスト層３２を形成し、このレジスト層３２を
マスクとして、ＣＦ4 ＋５％Ｏ2 ガスをエッチングガス
として用い、圧力７Ｐａ、印加電力５０Ｗの条件で反応
性イオンエッチングによりＴａ超伝導体層１８をエッチ
ングする。このエッチングはバリア層１６で停止する
（図１１（ｃ））。
ソン接合の形成予定領域が残存するようにパターニング
されたレジスト層３２を形成し、このレジスト層３２を
マスクとして、ＣＦ4 ＋５％Ｏ2 ガスをエッチングガス
として用い、圧力７Ｐａ、印加電力５０Ｗの条件で反応
性イオンエッチングによりＴａ超伝導体層１８をエッチ
ングする。このエッチングはバリア層１６で停止する
（図１１（ｃ））。
【００６３】次に、同じレジスト層３２をマスクとし
て、Ａｒガスを用い、圧力１Ｐａ、印加電力１００Ｗの
条件で反応性イオンエッチングによりＡｌＯｘ−Ａｌバ
リア層１６をエッチングする。このエッチングはＴａ超
伝導体層１４で停止する（図１２（ａ））。次に、Ｔａ
超伝導体層１４、１８上に下部電極の形成予定領域が残
存するようにパターニングされたレジスト層３４を形成
し、このレジスト層３４をマスクとして、ＣＦ4 ＋５％
Ｏ2 ガスをエッチングガスとして用い、圧力７Ｐａ、印
加電力５０Ｗの条件で反応性イオンエッチングによりＴ
ａ超伝導体層１８をエッチングする。このエッチングは
Ｓｉ基板５０で停止する（図１２（ｂ））。
て、Ａｒガスを用い、圧力１Ｐａ、印加電力１００Ｗの
条件で反応性イオンエッチングによりＡｌＯｘ−Ａｌバ
リア層１６をエッチングする。このエッチングはＴａ超
伝導体層１４で停止する（図１２（ａ））。次に、Ｔａ
超伝導体層１４、１８上に下部電極の形成予定領域が残
存するようにパターニングされたレジスト層３４を形成
し、このレジスト層３４をマスクとして、ＣＦ4 ＋５％
Ｏ2 ガスをエッチングガスとして用い、圧力７Ｐａ、印
加電力５０Ｗの条件で反応性イオンエッチングによりＴ
ａ超伝導体層１８をエッチングする。このエッチングは
Ｓｉ基板５０で停止する（図１２（ｂ））。
【００６４】次に、スパッタ法により全面にＳｉＯ2 層
２０を堆積する（図１２（ｃ））。次に、ＳｉＯ2 層２
０上にコンタクトホール形成予定領域が開口するように
パターニングされたレジスト層３６を形成し、このレジ
スト層３６をマスクとして、ＣＨＦ3 ＋３０％Ｏ2 ガス
をエッチングガスとして用い、圧力７Ｐａ、印加電力１
００Ｗの条件で反応性イオンエッチングによりＳｉＯ2
層２０をＴａ超伝導体層１４、１８が露出するまでエッ
チングする（図１３（ａ））。
２０を堆積する（図１２（ｃ））。次に、ＳｉＯ2 層２
０上にコンタクトホール形成予定領域が開口するように
パターニングされたレジスト層３６を形成し、このレジ
スト層３６をマスクとして、ＣＨＦ3 ＋３０％Ｏ2 ガス
をエッチングガスとして用い、圧力７Ｐａ、印加電力１
００Ｗの条件で反応性イオンエッチングによりＳｉＯ2
層２０をＴａ超伝導体層１４、１８が露出するまでエッ
チングする（図１３（ａ））。
【００６５】次に、ＳｉＯ2 層２０上に約６００ｎｍ厚
のＴａ配線層２２、２４を形成する。Ｔａ配線層２２は
コンタクトホールを介してＴａ超伝導体層１４に接続さ
れ、Ｔａ配線層２４はコンタクトホールを介してＴａ超
伝導体層１８に接続される（図１３（ｂ））。これによ
り本実施例による放射線検出素子が完成する。なお、本
実施例のＴａ配線層２２、２４の代わりにＮｂにより形
成したＮｂ配線層を用いてよい。
のＴａ配線層２２、２４を形成する。Ｔａ配線層２２は
コンタクトホールを介してＴａ超伝導体層１４に接続さ
れ、Ｔａ配線層２４はコンタクトホールを介してＴａ超
伝導体層１８に接続される（図１３（ｂ））。これによ
り本実施例による放射線検出素子が完成する。なお、本
実施例のＴａ配線層２２、２４の代わりにＮｂにより形
成したＮｂ配線層を用いてよい。
【００６６】本発明の第４の実施例による放射線検出素
子を図１４を用いて説明する。図１４ａ）はＡ−Ａ線断
面図、図１４（ｂ）は平面図である。本実施例の放射線
検出素子は、図１０に示すジョセフソン接合構造をアレ
イ状に配置したものである。例えば、数ｍｍ角のＳｉチ
ップに約１００μｍ角のジョセフソン接合部分を約１０
００個アレイ状に実装する。
子を図１４を用いて説明する。図１４ａ）はＡ−Ａ線断
面図、図１４（ｂ）は平面図である。本実施例の放射線
検出素子は、図１０に示すジョセフソン接合構造をアレ
イ状に配置したものである。例えば、数ｍｍ角のＳｉチ
ップに約１００μｍ角のジョセフソン接合部分を約１０
００個アレイ状に実装する。
【００６７】Ｓｉ基板５０の底面にＴａ層５２が形成さ
れ、Ｓｉ基板５０上に、下部電極として複数のＴａ超伝
導体層１４が形成され、各Ｔａ超伝導体層１４上に、そ
れぞれＡｌＯｘ−Ａｌ二層構造のバリア層１６を介して
上部電極としてＴａ超伝導体層１８が形成され、複数の
ジョセフソン接合がアレイ状に配置されている。Ｓｉ基
板５０及びＴａ層５２には、配置された複数のジョセフ
ソン接合に対応する位置に底面からそれぞれ開口部２６
が形成されている。
れ、Ｓｉ基板５０上に、下部電極として複数のＴａ超伝
導体層１４が形成され、各Ｔａ超伝導体層１４上に、そ
れぞれＡｌＯｘ−Ａｌ二層構造のバリア層１６を介して
上部電極としてＴａ超伝導体層１８が形成され、複数の
ジョセフソン接合がアレイ状に配置されている。Ｓｉ基
板５０及びＴａ層５２には、配置された複数のジョセフ
ソン接合に対応する位置に底面からそれぞれ開口部２６
が形成されている。
【００６８】各Ｔａ超伝導体層１４、１８はＳｉＯ2 層
２０により覆われ、ＳｉＯ2 層２０上にはＴａ配線層４
１、４２、…が形成され、各Ｔａ配線層４１、４２、…
は隣接するジョセフソン接合の下部電極であるＴａ超伝
導体層１４と上部電極であるＴａ超伝導体層１８とを接
続している。放射線検出時には、全体を液体ヘリウムに
浸漬させる。放射線はＳｉ基板５０のＴａ層５２側から
入射し、入射した放射線はＳｉ基板５０の各開口部２６
を介して液体ヘリウムに接触するＴａ超伝導体層１８側
から各ジョセフソン接合部分に入射される。
２０により覆われ、ＳｉＯ2 層２０上にはＴａ配線層４
１、４２、…が形成され、各Ｔａ配線層４１、４２、…
は隣接するジョセフソン接合の下部電極であるＴａ超伝
導体層１４と上部電極であるＴａ超伝導体層１８とを接
続している。放射線検出時には、全体を液体ヘリウムに
浸漬させる。放射線はＳｉ基板５０のＴａ層５２側から
入射し、入射した放射線はＳｉ基板５０の各開口部２６
を介して液体ヘリウムに接触するＴａ超伝導体層１８側
から各ジョセフソン接合部分に入射される。
【００６９】なお、本実施例のＴａ配線層４１、４２の
代わりにＮｂにより形成したＮｂ配線層を用いてよい。
このように本実施例によれば、二次元の位置検出機能を
あわせもつ放射線検出素子の作成が可能である。本発明
の第５の実施例による放射線検出素子を図１５を用いて
説明する。
代わりにＮｂにより形成したＮｂ配線層を用いてよい。
このように本実施例によれば、二次元の位置検出機能を
あわせもつ放射線検出素子の作成が可能である。本発明
の第５の実施例による放射線検出素子を図１５を用いて
説明する。
【００７０】約５０μｍ厚のＳｉ基板５０底面に約０．
５〜１００μｍ厚のＴａ層５２が形成されている。Ｓｉ
基板５０上には、Ｎｂからなる約１００ｎｍ厚のＮｂ下
地層５４が形成され、このＮｂ下地層５４上に下部電極
として約１００ｎｍ厚のＴａ超伝導体層１４が形成され
ている。Ｔａ超伝導体層１４上の一部にはバリア層１６
を介して上部電極として約２００ｎｍ厚のＴａ超伝導体
層１８が形成され、ジョセフソン接合を形成している。
５〜１００μｍ厚のＴａ層５２が形成されている。Ｓｉ
基板５０上には、Ｎｂからなる約１００ｎｍ厚のＮｂ下
地層５４が形成され、このＮｂ下地層５４上に下部電極
として約１００ｎｍ厚のＴａ超伝導体層１４が形成され
ている。Ｔａ超伝導体層１４上の一部にはバリア層１６
を介して上部電極として約２００ｎｍ厚のＴａ超伝導体
層１８が形成され、ジョセフソン接合を形成している。
【００７１】バリア層１６は、約４ｎｍ厚のＺｒ層の上
面が酸化されて約１ｎｍ厚のＺｒＯｘ層が形成されたＺ
ｒＯｘ−Ｚｒの二層構造になっている。Ｔａ超伝導体層
１４、１８は約４００ｎｍ厚のＳｉＯ2 層２０により覆
われている。ＳｉＯ2 層２０上には、Ｎｂからなる約１
００ｎｍ厚のＮｂ下地層５６が形成され、Ｎｂ下地層５
６上に約６００ｎｍ厚のＴａ配線層２２、２４が形成さ
れている。Ｔａ配線層２２はコンタクトホールを介して
下部電極であるＴａ超伝導体層１４に接続され、Ｔａ配
線層２４はコンタクトホールを介して上部電極であるＴ
ａ超伝導体層１８に接続されている。
面が酸化されて約１ｎｍ厚のＺｒＯｘ層が形成されたＺ
ｒＯｘ−Ｚｒの二層構造になっている。Ｔａ超伝導体層
１４、１８は約４００ｎｍ厚のＳｉＯ2 層２０により覆
われている。ＳｉＯ2 層２０上には、Ｎｂからなる約１
００ｎｍ厚のＮｂ下地層５６が形成され、Ｎｂ下地層５
６上に約６００ｎｍ厚のＴａ配線層２２、２４が形成さ
れている。Ｔａ配線層２２はコンタクトホールを介して
下部電極であるＴａ超伝導体層１４に接続され、Ｔａ配
線層２４はコンタクトホールを介して上部電極であるＴ
ａ超伝導体層１８に接続されている。
【００７２】Ｔａ超伝導体層１４とバリア層１６とＴａ
超伝導体層１８により形成されるジョセフソン接合の直
下のＳｉ基板５０及びＴａ層５２には、底面からＴａ超
伝導体層１８に達する開口部２６が形成されている。放
射線検出時には、全体を液体ヘリウムに浸漬させる。放
射線はＳｉ基板５０の底面から入射し、入射した放射線
はＳｉ基板５０の開口部２６を介して液体ヘリウムに接
触するＴａ超伝導体層１８側からジョセフソン接合部分
に入射される。
超伝導体層１８により形成されるジョセフソン接合の直
下のＳｉ基板５０及びＴａ層５２には、底面からＴａ超
伝導体層１８に達する開口部２６が形成されている。放
射線検出時には、全体を液体ヘリウムに浸漬させる。放
射線はＳｉ基板５０の底面から入射し、入射した放射線
はＳｉ基板５０の開口部２６を介して液体ヘリウムに接
触するＴａ超伝導体層１８側からジョセフソン接合部分
に入射される。
【００７３】なお、本実施例の下部電極直下のＮｂ下地
層の代わりに、Ｖ、Ｗ、Ｈｆ、Ｚｒ又はＴｉからなる下
地層を用いてもよい。また、上部電極直下のＺｒＯｘ−
Ｚｒ構造のバリア層の代わりに、ＨｆＯｘ−Ｈｆ構造の
バリア層や、ＡｌＯｘーＡｌ構造のバリア層を用いても
よい。さらに、Ｔａ配線層直下のＮｂ下地層の代わり
に、Ｖ、Ｗ、Ｈｆ、Ｚｒ又はＴｉからなる下地層を用い
てもよい。
層の代わりに、Ｖ、Ｗ、Ｈｆ、Ｚｒ又はＴｉからなる下
地層を用いてもよい。また、上部電極直下のＺｒＯｘ−
Ｚｒ構造のバリア層の代わりに、ＨｆＯｘ−Ｈｆ構造の
バリア層や、ＡｌＯｘーＡｌ構造のバリア層を用いても
よい。さらに、Ｔａ配線層直下のＮｂ下地層の代わり
に、Ｖ、Ｗ、Ｈｆ、Ｚｒ又はＴｉからなる下地層を用い
てもよい。
【００７４】なおまた、本実施例の上部電極であるＴａ
超伝導体層の代わりに、Ｎｂからなる超伝導体層を用い
てもよい。また、Ｎｂ下地層５６及びＴａ配線層２２、
２４の代わりに、Ｎｂにより形成したＮｂ配線層を用い
てよい。このように本実施例によれば、ジョセフソン接
合をＴａ超伝導体層により形成したので、準粒子の寿命
とフォノンの寿命が長く、十分な熱サイクル耐性を確保
することができる。また、接合部分直下のＳｉ基板及び
Ｔａ層に、放射線を入射するための開口部を形成したの
で、フォノンの逃げを最小限に抑えられ、照射位置依存
性を小さくすることができる。さらに、下部電極のＴａ
超伝導体層直下にＮｂ下地層を用い、上部電極のＴａ超
伝導体層直下にＺｒＯｘ−Ｚｒの二層構造のバリア層を
用い、Ｔａ配線層直下にＮｂ下地層を用いたので、下部
電極、上部電極及び配線層も共に、超伝導転移温度が
４．５Ｋの体心立方晶の結晶構造であるα相のＴａによ
り形成することができる。
超伝導体層の代わりに、Ｎｂからなる超伝導体層を用い
てもよい。また、Ｎｂ下地層５６及びＴａ配線層２２、
２４の代わりに、Ｎｂにより形成したＮｂ配線層を用い
てよい。このように本実施例によれば、ジョセフソン接
合をＴａ超伝導体層により形成したので、準粒子の寿命
とフォノンの寿命が長く、十分な熱サイクル耐性を確保
することができる。また、接合部分直下のＳｉ基板及び
Ｔａ層に、放射線を入射するための開口部を形成したの
で、フォノンの逃げを最小限に抑えられ、照射位置依存
性を小さくすることができる。さらに、下部電極のＴａ
超伝導体層直下にＮｂ下地層を用い、上部電極のＴａ超
伝導体層直下にＺｒＯｘ−Ｚｒの二層構造のバリア層を
用い、Ｔａ配線層直下にＮｂ下地層を用いたので、下部
電極、上部電極及び配線層も共に、超伝導転移温度が
４．５Ｋの体心立方晶の結晶構造であるα相のＴａによ
り形成することができる。
【００７５】次に、本発明の第５の実施例による放射線
検出素子の製造方法を図１６乃至図１８を用いて説明す
る。まず、約３００μｍ厚のＳｉ基板５０を研磨により
約５０μｍ厚まで薄くする。約５０μｍ厚のＳｉ基板５
０の底面にスパッタ法、ＣＶＤ法等により約０．５〜１
００μｍ厚のＴａ層５２を形成する（図１６（ａ））。
検出素子の製造方法を図１６乃至図１８を用いて説明す
る。まず、約３００μｍ厚のＳｉ基板５０を研磨により
約５０μｍ厚まで薄くする。約５０μｍ厚のＳｉ基板５
０の底面にスパッタ法、ＣＶＤ法等により約０．５〜１
００μｍ厚のＴａ層５２を形成する（図１６（ａ））。
【００７６】続いて、Ｓｉ基板５０上にＮｂ下地層５４
をスパッタ法により堆積する。続いて、Ｎｂ下地層５４
上にＴａ超伝導体層１４をスパッタ法により堆積する。
続いて、Ｔａ超伝導体層１４上に約４ｎｍ厚のＺｒ層を
スパッタ法により堆積した後、その表面を酸化してＺｒ
Ｏｘ−Ｚｒの二層構造のバリア層１６を形成する。続い
て、バリア層１６上にＴａ超伝導体層１８をスパッタ法
により堆積する（図１６（ａ））。この間、Ｓｉ基板１
０を加熱することなく低い基板温度で金属の堆積を行
う。
をスパッタ法により堆積する。続いて、Ｎｂ下地層５４
上にＴａ超伝導体層１４をスパッタ法により堆積する。
続いて、Ｔａ超伝導体層１４上に約４ｎｍ厚のＺｒ層を
スパッタ法により堆積した後、その表面を酸化してＺｒ
Ｏｘ−Ｚｒの二層構造のバリア層１６を形成する。続い
て、バリア層１６上にＴａ超伝導体層１８をスパッタ法
により堆積する（図１６（ａ））。この間、Ｓｉ基板１
０を加熱することなく低い基板温度で金属の堆積を行
う。
【００７７】次に、ジョセフソン接合の形成予定領域に
対応する領域が開口するようにパターニングされたレジ
スト層３０をＴａ層５２底面に形成し、このレジスト層
３０をマスクとして、反応性イオンエッチングによりＴ
ａ層５２をエッチング除去する。続いて、同じレジスト
層３０をマスクとして、硝酸と塩酸の混合液によるケミ
カルエッチングによりＳｉ基板５０をケミカルエッチン
グする。このようにして開口部２６が形成され、Ｎｂ下
地層５４が露出する（図１６（ｂ））。
対応する領域が開口するようにパターニングされたレジ
スト層３０をＴａ層５２底面に形成し、このレジスト層
３０をマスクとして、反応性イオンエッチングによりＴ
ａ層５２をエッチング除去する。続いて、同じレジスト
層３０をマスクとして、硝酸と塩酸の混合液によるケミ
カルエッチングによりＳｉ基板５０をケミカルエッチン
グする。このようにして開口部２６が形成され、Ｎｂ下
地層５４が露出する（図１６（ｂ））。
【００７８】次に、Ｔａ超伝導体層１８上に、ジョセフ
ソン接合の形成予定領域が残存するようにパターニング
されたレジスト層３２を形成し、このレジスト層３２を
マスクとして、ＣＦ4 ＋５％Ｏ2 ガスをエッチングガス
として用い、圧力７Ｐａ、印加電力５０Ｗの条件で反応
性イオンエッチングによりＴａ超伝導体層１８をエッチ
ングする。このエッチングはバリア層１６で停止する
（図１６（ｃ））。
ソン接合の形成予定領域が残存するようにパターニング
されたレジスト層３２を形成し、このレジスト層３２を
マスクとして、ＣＦ4 ＋５％Ｏ2 ガスをエッチングガス
として用い、圧力７Ｐａ、印加電力５０Ｗの条件で反応
性イオンエッチングによりＴａ超伝導体層１８をエッチ
ングする。このエッチングはバリア層１６で停止する
（図１６（ｃ））。
【００７９】次に、同じレジスト層３２をマスクとし
て、Ａｒガスを用い、圧力０．５Ｐａ、印加電圧５００
Ｖの条件でイオンミリングによりＺｒＯｘ−Ｚｒバリア
層１６をエッチングする。このエッチングはＴａ超伝導
体層１４で停止する（図１７（ａ））。次に、Ｔａ超伝
導体層１４、１８上に下部電極の形成予定領域が残存す
るようにパターニングされたレジスト層３４を形成し、
このレジスト層３４をマスクとして、ＣＦ4 ＋５％Ｏ2
ガスをエッチングガスとして用い、圧力７Ｐａ、印加電
力５０Ｗの条件で反応性イオンエッチングによりＴａ超
伝導体層１４をエッチングする。続いて、同じレジスト
層３４をマスクとして、同一条件で反応性イオンエッチ
ングによりＮｂ下地層５４をエッチングする。このエッ
チングはＳｉ基板５０で停止する（図１７（ｂ））。
て、Ａｒガスを用い、圧力０．５Ｐａ、印加電圧５００
Ｖの条件でイオンミリングによりＺｒＯｘ−Ｚｒバリア
層１６をエッチングする。このエッチングはＴａ超伝導
体層１４で停止する（図１７（ａ））。次に、Ｔａ超伝
導体層１４、１８上に下部電極の形成予定領域が残存す
るようにパターニングされたレジスト層３４を形成し、
このレジスト層３４をマスクとして、ＣＦ4 ＋５％Ｏ2
ガスをエッチングガスとして用い、圧力７Ｐａ、印加電
力５０Ｗの条件で反応性イオンエッチングによりＴａ超
伝導体層１４をエッチングする。続いて、同じレジスト
層３４をマスクとして、同一条件で反応性イオンエッチ
ングによりＮｂ下地層５４をエッチングする。このエッ
チングはＳｉ基板５０で停止する（図１７（ｂ））。
【００８０】次に、スパッタ法により全面にＳｉＯ2 層
２０を堆積する（図１７（ｃ））。次に、ＳｉＯ2 層２
０全面にＮｂ下地層５６をスパッタ法により堆積する
（図１８（ａ））。次に、Ｎｂ下地層５６上にコンタク
トホール形成予定領域が開口するようにパターニングさ
れたレジスト層３６を形成し、このレジスト層３６をマ
スクとして、ＣＦ4 ＋５％Ｏ2 ガスをエッチングガスと
して用い、圧力７Ｐａ、印加電力５０Ｗの条件で反応性
イオンエッチングによりＮｂ下地層５６をエッチングす
る。続いて、同じレジスト層３６をマスクとして、反応
性イオンエッチングによりＳｉＯ2 層２０をＴａ超伝導
体層１４、１８が露出するまでエッチングする（図１８
（ｂ））。
２０を堆積する（図１７（ｃ））。次に、ＳｉＯ2 層２
０全面にＮｂ下地層５６をスパッタ法により堆積する
（図１８（ａ））。次に、Ｎｂ下地層５６上にコンタク
トホール形成予定領域が開口するようにパターニングさ
れたレジスト層３６を形成し、このレジスト層３６をマ
スクとして、ＣＦ4 ＋５％Ｏ2 ガスをエッチングガスと
して用い、圧力７Ｐａ、印加電力５０Ｗの条件で反応性
イオンエッチングによりＮｂ下地層５６をエッチングす
る。続いて、同じレジスト層３６をマスクとして、反応
性イオンエッチングによりＳｉＯ2 層２０をＴａ超伝導
体層１４、１８が露出するまでエッチングする（図１８
（ｂ））。
【００８１】次に、Ｎｂ下地層５６上に約６００ｎｍ厚
のＴａ配線層２２、２４を形成する。Ｔａ配線層２２は
コンタクトホールを介してＴａ超伝導体層１４に接続さ
れ、Ｔａ配線層２４はコンタクトホールを介してＴａ超
伝導体層１８に接続される（図１８（ｃ））。これによ
り本実施例による放射線検出素子が完成する。本発明の
第６の実施例による放射線検出素子を図１９を用いて説
明する。
のＴａ配線層２２、２４を形成する。Ｔａ配線層２２は
コンタクトホールを介してＴａ超伝導体層１４に接続さ
れ、Ｔａ配線層２４はコンタクトホールを介してＴａ超
伝導体層１８に接続される（図１８（ｃ））。これによ
り本実施例による放射線検出素子が完成する。本発明の
第６の実施例による放射線検出素子を図１９を用いて説
明する。
【００８２】約５０μｍ厚のＳｉ基板５０底面に約０．
５〜１００μｍ厚のＴａ層５２が形成されている。Ｓｉ
基板５０上には、Ｎｂからなる約１００ｎｍ厚のＮｂ下
地層５４が形成され、このＮｂ下地層５４上に下部電極
として約１００ｎｍ厚のＴａ超伝導体層１４が形成され
ている。Ｔａ超伝導体層１４上の一部にはバリア層１６
が形成されている。バリア層１６は、約４ｎｍ厚のＺｒ
層の上面が酸化されて約１ｎｍ厚のＺｒＯｘ層が形成さ
れ、ＺｒＯｘ層に更に約４ｎｍ厚のＺｒ層が形成された
Ｚｒ−ＺｒＯｘ−Ｚｒの三層構造になっている。
５〜１００μｍ厚のＴａ層５２が形成されている。Ｓｉ
基板５０上には、Ｎｂからなる約１００ｎｍ厚のＮｂ下
地層５４が形成され、このＮｂ下地層５４上に下部電極
として約１００ｎｍ厚のＴａ超伝導体層１４が形成され
ている。Ｔａ超伝導体層１４上の一部にはバリア層１６
が形成されている。バリア層１６は、約４ｎｍ厚のＺｒ
層の上面が酸化されて約１ｎｍ厚のＺｒＯｘ層が形成さ
れ、ＺｒＯｘ層に更に約４ｎｍ厚のＺｒ層が形成された
Ｚｒ−ＺｒＯｘ−Ｚｒの三層構造になっている。
【００８３】バリア層１６上には、Ｗからなる約１００
ｎｍ厚のＷ下地層５８が形成され、このＷ下地層５８上
に上部電極として約１００ｎｍ厚のＴａ超伝導体層１８
が形成され、ジョセフソン接合を形成している。Ｔａ超
伝導体層１４、１８は約４００ｎｍ厚のＳｉＯ2 層２０
により覆われている。ＳｉＯ2 層２０上には、Ｎｂから
なる約１００ｎｍ厚のＮｂ下地層５６が形成され、Ｎｂ
下地層５６上に約６００ｎｍ厚のＴａ配線層２２、２４
が形成されている。Ｔａ配線層２２はコンタクトホール
を介して下部電極であるＴａ超伝導体層１４に接続さ
れ、Ｔａ配線層２４はコンタクトホールを介して上部電
極であるＴａ超伝導体層１８に接続されている。
ｎｍ厚のＷ下地層５８が形成され、このＷ下地層５８上
に上部電極として約１００ｎｍ厚のＴａ超伝導体層１８
が形成され、ジョセフソン接合を形成している。Ｔａ超
伝導体層１４、１８は約４００ｎｍ厚のＳｉＯ2 層２０
により覆われている。ＳｉＯ2 層２０上には、Ｎｂから
なる約１００ｎｍ厚のＮｂ下地層５６が形成され、Ｎｂ
下地層５６上に約６００ｎｍ厚のＴａ配線層２２、２４
が形成されている。Ｔａ配線層２２はコンタクトホール
を介して下部電極であるＴａ超伝導体層１４に接続さ
れ、Ｔａ配線層２４はコンタクトホールを介して上部電
極であるＴａ超伝導体層１８に接続されている。
【００８４】Ｔａ超伝導体層１４とバリア層１６とＴａ
超伝導体層１８により形成されるジョセフソン接合の直
下のＳｉ基板５０及びＴａ層５２には、底面からＴａ超
伝導体層１８に達する開口部２６が形成されている。放
射線検出時には、全体を液体ヘリウムに浸漬させる。放
射線はＳｉ基板５０の底面から入射し、入射した放射線
はＳｉ基板５０の開口部２６を介して液体ヘリウムに接
触するＴａ超伝導体層１８側からジョセフソン接合部分
に入射される。
超伝導体層１８により形成されるジョセフソン接合の直
下のＳｉ基板５０及びＴａ層５２には、底面からＴａ超
伝導体層１８に達する開口部２６が形成されている。放
射線検出時には、全体を液体ヘリウムに浸漬させる。放
射線はＳｉ基板５０の底面から入射し、入射した放射線
はＳｉ基板５０の開口部２６を介して液体ヘリウムに接
触するＴａ超伝導体層１８側からジョセフソン接合部分
に入射される。
【００８５】なお、本実施例の下部電極直下のＮｂ下地
層の代わりに、Ｖ、Ｗ、Ｈｆ、Ｚｒ又はＴｉからなる下
地層を用いてもよい。また、上部電極直下のＷ下地層の
代わりに、Ｖ又はＴｉからなる下地層を用いてもよい。
さらに、Ｚｒ−ＺｒＯｘ−Ｚｒ構造のバリア層の代わり
に、Ｈｆ−ＨｆＯｘ−Ｈｆ構造のバリア層や、Ａｌ−Ａ
ｌＯｘーＡｌ構造のバリア層を用いてもよいし、ＺｒＯ
ｘ−Ｚｒ構造や、ＨｆＯｘ−Ｈｆ構造、ＡｌＯｘーＡｌ
構造等の二層構造のバリア層を用いてもよい。上部電極
直下には下地層が設けられているので、バリア層として
Ａｌを用いることが可能である。
層の代わりに、Ｖ、Ｗ、Ｈｆ、Ｚｒ又はＴｉからなる下
地層を用いてもよい。また、上部電極直下のＷ下地層の
代わりに、Ｖ又はＴｉからなる下地層を用いてもよい。
さらに、Ｚｒ−ＺｒＯｘ−Ｚｒ構造のバリア層の代わり
に、Ｈｆ−ＨｆＯｘ−Ｈｆ構造のバリア層や、Ａｌ−Ａ
ｌＯｘーＡｌ構造のバリア層を用いてもよいし、ＺｒＯ
ｘ−Ｚｒ構造や、ＨｆＯｘ−Ｈｆ構造、ＡｌＯｘーＡｌ
構造等の二層構造のバリア層を用いてもよい。上部電極
直下には下地層が設けられているので、バリア層として
Ａｌを用いることが可能である。
【００８６】また、Ｔａ配線層直下のＮｂ下地層の代わ
りに、Ｖ、Ｗ、Ｈｆ、Ｚｒ又はＴｉからなる下地層を用
いてもよい。なおまた、本実施例の上部電極であるＴａ
超伝導体層の代わりに、Ｎｂからなる超伝導体層を用い
てもよい。また、Ｎｂ下地層５６及びＴａ配線層２２、
２４の代わりに、Ｎｂにより形成したＮｂ配線層を用い
てよい。
りに、Ｖ、Ｗ、Ｈｆ、Ｚｒ又はＴｉからなる下地層を用
いてもよい。なおまた、本実施例の上部電極であるＴａ
超伝導体層の代わりに、Ｎｂからなる超伝導体層を用い
てもよい。また、Ｎｂ下地層５６及びＴａ配線層２２、
２４の代わりに、Ｎｂにより形成したＮｂ配線層を用い
てよい。
【００８７】このように本実施例によれば、ジョセフソ
ン接合をＴａ超伝導体層により形成したので、準粒子の
寿命とフォノンの寿命が長く、十分な熱サイクル耐性を
確保することができる。また、接合部分直下のＳｉ基板
及びＴａ層に、放射線を入射するための開口部を形成し
たので、フォノンの逃げを最小限に抑えられ、照射位置
依存性を小さくすることができる。さらに、下部電極の
Ｔａ超伝導体層直下にＮｂ下地層を用い、上部電極のＴ
ａ超伝導体層直下にＷ下地層を用い、Ｔａ配線層直下に
Ｎｂ下地層を用いたので、下部電極、上部電極及び配線
層も共に、超伝導転移温度が４．５Ｋの体心立方晶の結
晶構造であるα相のＴａにより形成することができる。
ン接合をＴａ超伝導体層により形成したので、準粒子の
寿命とフォノンの寿命が長く、十分な熱サイクル耐性を
確保することができる。また、接合部分直下のＳｉ基板
及びＴａ層に、放射線を入射するための開口部を形成し
たので、フォノンの逃げを最小限に抑えられ、照射位置
依存性を小さくすることができる。さらに、下部電極の
Ｔａ超伝導体層直下にＮｂ下地層を用い、上部電極のＴ
ａ超伝導体層直下にＷ下地層を用い、Ｔａ配線層直下に
Ｎｂ下地層を用いたので、下部電極、上部電極及び配線
層も共に、超伝導転移温度が４．５Ｋの体心立方晶の結
晶構造であるα相のＴａにより形成することができる。
【００８８】次に、本発明の第６の実施例による放射線
検出素子の製造方法を図２０乃至図２２を用いて説明す
る。まず、約３００μｍ厚のＳｉ基板５０を研磨により
約５０μｍ厚まで薄くする。約５０μｍ厚のＳｉ基板５
０の底面にスパッタ法、ＣＶＤ法等により約０．５〜１
００μｍ厚のＴａ層５２を形成する（図２０（ａ））。
検出素子の製造方法を図２０乃至図２２を用いて説明す
る。まず、約３００μｍ厚のＳｉ基板５０を研磨により
約５０μｍ厚まで薄くする。約５０μｍ厚のＳｉ基板５
０の底面にスパッタ法、ＣＶＤ法等により約０．５〜１
００μｍ厚のＴａ層５２を形成する（図２０（ａ））。
【００８９】続いて、Ｓｉ基板５０上にＮｂ下地層５４
をスパッタ法により堆積する。続いて、Ｎｂ下地層５４
上にＴａ超伝導体層１４をスパッタ法により堆積する。
続いて、Ｔａ超伝導体層１４上に約４ｎｍ厚のＺｒ層を
スパッタ法により堆積した後、その表面を酸化してＺｒ
Ｏｘ層を形成し、続いて、ＺｒＯｘ層上にに約４ｎｍ厚
のＺｒ層をスパッタ法により堆積して、Ｚｒ−ＺｒＯｘ
−Ｚｒの三層構造のバリア層１６を形成する。続いて、
バリア層１６上にＷ下地層５８をスパッタ法により堆積
する。続いて、Ｗ下地層５８上にＴａ超伝導体層１８を
スパッタ法により堆積する（図２０（ａ））。この間、
Ｓｉ基板１０を加熱することなく低い基板温度で金属の
堆積を行う。
をスパッタ法により堆積する。続いて、Ｎｂ下地層５４
上にＴａ超伝導体層１４をスパッタ法により堆積する。
続いて、Ｔａ超伝導体層１４上に約４ｎｍ厚のＺｒ層を
スパッタ法により堆積した後、その表面を酸化してＺｒ
Ｏｘ層を形成し、続いて、ＺｒＯｘ層上にに約４ｎｍ厚
のＺｒ層をスパッタ法により堆積して、Ｚｒ−ＺｒＯｘ
−Ｚｒの三層構造のバリア層１６を形成する。続いて、
バリア層１６上にＷ下地層５８をスパッタ法により堆積
する。続いて、Ｗ下地層５８上にＴａ超伝導体層１８を
スパッタ法により堆積する（図２０（ａ））。この間、
Ｓｉ基板１０を加熱することなく低い基板温度で金属の
堆積を行う。
【００９０】次に、ジョセフソン接合の形成予定領域に
対応する領域が開口するようにパターニングされたレジ
スト層３０をＴａ層５２底面に形成し、このレジスト層
３０をマスクとして、反応性イオンエッチングによりＴ
ａ層５２をエッチング除去する。続いて、同じレジスト
層３０をマスクとして、硝酸と塩酸の混合液によるケミ
カルエッチングによりＳｉ基板５０をケミカルエッチン
グする。このようにして開口部２６が形成され、Ｎｂ下
地層５４が露出する（図２０（ｂ））。
対応する領域が開口するようにパターニングされたレジ
スト層３０をＴａ層５２底面に形成し、このレジスト層
３０をマスクとして、反応性イオンエッチングによりＴ
ａ層５２をエッチング除去する。続いて、同じレジスト
層３０をマスクとして、硝酸と塩酸の混合液によるケミ
カルエッチングによりＳｉ基板５０をケミカルエッチン
グする。このようにして開口部２６が形成され、Ｎｂ下
地層５４が露出する（図２０（ｂ））。
【００９１】次に、Ｔａ超伝導体層１８上に、ジョセフ
ソン接合の形成予定領域が残存するようにパターニング
されたレジスト層３２を形成し、このレジスト層３２を
マスクとして、反応性イオンエッチングによりＴａ超伝
導体層１８をエッチングする。続いて、ＣＦ4 ＋５％Ｏ
2 ガスをエッチングガスとして用い、圧力７Ｐａ、印加
電力５０Ｗの条件で反応性イオンエッチングによりＷ下
地層５８をエッチングする。このエッチングはバリア層
１６で停止する（図２０（ｃ））。
ソン接合の形成予定領域が残存するようにパターニング
されたレジスト層３２を形成し、このレジスト層３２を
マスクとして、反応性イオンエッチングによりＴａ超伝
導体層１８をエッチングする。続いて、ＣＦ4 ＋５％Ｏ
2 ガスをエッチングガスとして用い、圧力７Ｐａ、印加
電力５０Ｗの条件で反応性イオンエッチングによりＷ下
地層５８をエッチングする。このエッチングはバリア層
１６で停止する（図２０（ｃ））。
【００９２】次に、同じレジスト層３２をマスクとし
て、Ａｒガスを用い、圧力０．５Ｐａ、印加電圧５００
Ｖの条件でイオンミリングによりＺｒ−ＺｒＯｘ−Ｚｒ
バリア層１６をエッチングする。このエッチングはＴａ
超伝導体層１４で停止する（図２１（ａ））。次に、Ｔ
ａ超伝導体層１４、１８上に下部電極の形成予定領域が
残存するようにパターニングされたレジスト層３４を形
成し、このレジスト層３４をマスクとして、反応性イオ
ンエッチングによりＴａ超伝導体層１４をエッチングす
る。続いて、同じレジスト層３４をマスクとして、反応
性イオンエッチングによりＮｂ下地層５４をエッチング
する。このエッチングはＳｉ基板５０で停止する（図２
１（ｂ））。
て、Ａｒガスを用い、圧力０．５Ｐａ、印加電圧５００
Ｖの条件でイオンミリングによりＺｒ−ＺｒＯｘ−Ｚｒ
バリア層１６をエッチングする。このエッチングはＴａ
超伝導体層１４で停止する（図２１（ａ））。次に、Ｔ
ａ超伝導体層１４、１８上に下部電極の形成予定領域が
残存するようにパターニングされたレジスト層３４を形
成し、このレジスト層３４をマスクとして、反応性イオ
ンエッチングによりＴａ超伝導体層１４をエッチングす
る。続いて、同じレジスト層３４をマスクとして、反応
性イオンエッチングによりＮｂ下地層５４をエッチング
する。このエッチングはＳｉ基板５０で停止する（図２
１（ｂ））。
【００９３】次に、スパッタ法により全面にＳｉＯ2 層
２０を堆積する（図２１（ｃ））。次に、ＳｉＯ2 層２
０全面にＮｂ下地層５６をスパッタ法により堆積する
（図２２（ａ））。次に、Ｎｂ下地層５６上にコンタク
トホール形成予定領域が開口するようにパターニングさ
れたレジスト層３６を形成し、このレジスト層３６をマ
スクとして、反応性イオンエッチングによりＮｂ下地層
５６をエッチングする。続いて、同じレジスト層３６を
マスクとして、反応性イオンエッチングによりＳｉＯ2
層２０をＴａ超伝導体層１４、１８が露出するまでエッ
チングする（図２２（ｂ））。
２０を堆積する（図２１（ｃ））。次に、ＳｉＯ2 層２
０全面にＮｂ下地層５６をスパッタ法により堆積する
（図２２（ａ））。次に、Ｎｂ下地層５６上にコンタク
トホール形成予定領域が開口するようにパターニングさ
れたレジスト層３６を形成し、このレジスト層３６をマ
スクとして、反応性イオンエッチングによりＮｂ下地層
５６をエッチングする。続いて、同じレジスト層３６を
マスクとして、反応性イオンエッチングによりＳｉＯ2
層２０をＴａ超伝導体層１４、１８が露出するまでエッ
チングする（図２２（ｂ））。
【００９４】次に、Ｎｂ下地層５６上に約６００ｎｍ厚
のＴａ配線層２２、２４を形成する。Ｔａ配線層２２は
コンタクトホールを介してＴａ超伝導体層１４に接続さ
れ、Ｔａ配線層２４はコンタクトホールを介してＴａ超
伝導体層１８に接続される（図２２（ｃ））。これによ
り本実施例による放射線検出素子が完成する。本発明は
上記実施例に限らず種々の変形が可能である。
のＴａ配線層２２、２４を形成する。Ｔａ配線層２２は
コンタクトホールを介してＴａ超伝導体層１４に接続さ
れ、Ｔａ配線層２４はコンタクトホールを介してＴａ超
伝導体層１８に接続される（図２２（ｃ））。これによ
り本実施例による放射線検出素子が完成する。本発明は
上記実施例に限らず種々の変形が可能である。
【００９５】例えば、上記実施例ではバリア層としてＺ
ｒＯｘ−Ｚｒ等の二層構造やＺｒ−ＺｒＯｘ−Ｚｒの三
層構造を用いたが、バリア層としてＴａＯｘ（酸化タン
タル）を用いてもよい。バリア層としてＴａＯｘを用い
る場合には下部電極としてのＴａ超伝導体層を酸化する
ことによりＴａＯｘバリア層を形成すればよい。また、
上記実施例ではＴａ基板を用いたが、Ｔａ以外の放射線
阻止能の大きな材料、例えば、Ｗ、Ｈｆ、Ｐｔ又はＡｕ
を基板として用いてもよい。
ｒＯｘ−Ｚｒ等の二層構造やＺｒ−ＺｒＯｘ−Ｚｒの三
層構造を用いたが、バリア層としてＴａＯｘ（酸化タン
タル）を用いてもよい。バリア層としてＴａＯｘを用い
る場合には下部電極としてのＴａ超伝導体層を酸化する
ことによりＴａＯｘバリア層を形成すればよい。また、
上記実施例ではＴａ基板を用いたが、Ｔａ以外の放射線
阻止能の大きな材料、例えば、Ｗ、Ｈｆ、Ｐｔ又はＡｕ
を基板として用いてもよい。
【００９６】更に、上記実施例ではＴａ基板上に絶縁層
としてＳｉＯ2 層を形成したが、酸化物（ＴａＯｘ）を
用いてもよい。また、Ｔａ基板以外のＷ基板、Ｈｆ基板
の場合、その酸化物（ＷＯｘ、ＨｆＯｘ）を用いてもよ
い。
としてＳｉＯ2 層を形成したが、酸化物（ＴａＯｘ）を
用いてもよい。また、Ｔａ基板以外のＷ基板、Ｈｆ基板
の場合、その酸化物（ＷＯｘ、ＨｆＯｘ）を用いてもよ
い。
【００９７】
【発明の効果】本発明によれば、超伝導体層をＴａ層に
より形成し、接合部分直下の基板に放射線を入射するた
めの開口部を形成したので、準粒子の寿命とフォノンの
寿命が長く、十分な熱サイクル耐性を確保すると共に、
フォノンの逃げを最小限に抑えられ、照射位置依存性を
小さくすることができる。さらに、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｈ
ｆ、Ｚｒ又はＴｉからなる下地層上にＴａ層を形成した
ので、基板温度が低くても、超伝導転移温度が４．５Ｋ
の体心立方晶の結晶構造であるα相のＴａを安定的に得
ることができる。
より形成し、接合部分直下の基板に放射線を入射するた
めの開口部を形成したので、準粒子の寿命とフォノンの
寿命が長く、十分な熱サイクル耐性を確保すると共に、
フォノンの逃げを最小限に抑えられ、照射位置依存性を
小さくすることができる。さらに、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｈ
ｆ、Ｚｒ又はＴｉからなる下地層上にＴａ層を形成した
ので、基板温度が低くても、超伝導転移温度が４．５Ｋ
の体心立方晶の結晶構造であるα相のＴａを安定的に得
ることができる。
【図１】代表的な超伝導材料の準粒子及びフォノンの寿
命を示す図である。
命を示す図である。
【図２】シリコン基板上に下地層を介して形成したＴａ
層に対するＸ線回折の実験結果を示すグラフである。
層に対するＸ線回折の実験結果を示すグラフである。
【図３】Ｔａ上部電極／金属酸化物−金属／Ｔａ下部電
極という接合構造において、上部電極のＴａ層に対する
Ｘ線回折の実験結果を示すグラフである。
極という接合構造において、上部電極のＴａ層に対する
Ｘ線回折の実験結果を示すグラフである。
【図４】シリコン酸化膜上に下地層を介して形成した配
線層としてのＴａ層に対するＸ線回折の実験結果を示す
グラフである。
線層としてのＴａ層に対するＸ線回折の実験結果を示す
グラフである。
【図５】本発明の第１の実施例による放射線検出素子を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施例による放射線検出素子の
製造方法の工程断面図（その１）である。
製造方法の工程断面図（その１）である。
【図７】本発明の第１の実施例による放射線検出素子の
製造方法の工程断面図（その２）である。
製造方法の工程断面図（その２）である。
【図８】本発明の第１の実施例による放射線検出素子の
製造方法の工程断面図（その３）である。
製造方法の工程断面図（その３）である。
【図９】本発明の第２の実施例による放射線検出素子を
示す図である。
示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施例による放射線検出素子
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施例による放射線検出素子
の製造方法の工程断面図（その１）である。
の製造方法の工程断面図（その１）である。
【図１２】本発明の第３の実施例による放射線検出素子
の製造方法の工程断面図（その２）である。
の製造方法の工程断面図（その２）である。
【図１３】本発明の第３の実施例による放射線検出素子
の製造方法の工程断面図（その３）である。
の製造方法の工程断面図（その３）である。
【図１４】本発明の第４の実施例による放射線検出素子
を示す図である。
を示す図である。
【図１５】本発明の第５の実施例による放射線検出素子
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図１６】本発明の第５の実施例による放射線検出素子
の製造方法の工程断面図（その１）である。
の製造方法の工程断面図（その１）である。
【図１７】本発明の第５の実施例による放射線検出素子
の製造方法の工程断面図（その２）である。
の製造方法の工程断面図（その２）である。
【図１８】本発明の第５の実施例による放射線検出素子
の製造方法の工程断面図（その３）である。
の製造方法の工程断面図（その３）である。
【図１９】本発明の第６の実施例による放射線検出素子
を示す図である。
を示す図である。
【図２０】本発明の第６の実施例による放射線検出素子
の製造方法の工程断面図（その１）である。
の製造方法の工程断面図（その１）である。
【図２１】本発明の第６の実施例による放射線検出素子
の製造方法の工程断面図（その２）である。
の製造方法の工程断面図（その２）である。
【図２２】本発明の第６の実施例による放射線検出素子
の製造方法の工程断面図（その３）である。
の製造方法の工程断面図（その３）である。
【図２３】超伝導材料と半導体材料におけるエネルギー
分解能と入射エネルギーとの関係を示すグラフである。
分解能と入射エネルギーとの関係を示すグラフである。
【図２４】放射線を照射したときのジョセフソン接合に
おけるトンネリング過程の説明図である。
おけるトンネリング過程の説明図である。
【図２５】ジョセフソン接合における準粒子のトンネリ
ング過程の電流−電圧特性を示すグラフである。
ング過程の電流−電圧特性を示すグラフである。
１０：Ｔａ基板 １２：ＳｉＯ2 層 １４：Ｔａ超伝導体層 １６：バリア層 １８：Ｔａ超伝導体層 ２０：ＳｉＯ2 層 ２２、２４：Ｔａ配線層 ２６：開口部 ３０、３２、３４、３６：レジスト層 ４１、４２、…：Ｔａ配線層 ５０：Ｓｉ基板 ５２：Ｔａ層 ５４、５６：Ｎｂ下地層 ５８：Ｗ下地層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 31/04
Claims (17)
- 【請求項１】 基板と、前記基板上に形成された第１の
超伝導体層と、前記第１の超伝導体層上に形成されたバ
リア層と、前記バリア層上に形成された第２の超伝導体
層とを有し、前記第１の超伝導体層と前記バリア層と前
記第２の超伝導体層により形成される接合部分に放射線
を入射することにより放射線を検出する放射線検出素子
において、 前記第１の超伝導体層は、Ｔａ層であり、 前記バリア層は、ＴａＯｘ層、ＡｌＯｘ層、ＨｆＯｘ層
又はＺｒＯｘ層を有し、 前記基板の底面に放射線阻止能の大きな材料からなる放
射線阻止層が形成されており、 前記接合部分直下の前記基板及び前記放射線阻止層に、
前記第１の超伝導体層に達する開口部が形成され、前記
基板の底面から前記接合部分に放射線を入射することを
特徴とする放射線検出素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の放射線検出素子におい
て、 前記基板は、シリコン基板であることを特徴とする放射
線検出素子。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の放射線検出素子に
おいて、 前記放射線阻止層は、Ｔａ層、Ｗ層、Ｈｆ層、Ｐｔ層又
はＡｕ層であることを特徴とする放射線検出素子。 - 【請求項４】 基板と、前記基板上に形成された第１の
超伝導体層と、前記第１の超伝導体層上に形成されたバ
リア層と、前記バリア層上に形成された第２の超伝導体
層とを有し、前記第１の超伝導体層と前記バリア層と前
記第２の超伝導体層により形成される接合部分に放射線
を入射することにより放射線を検出する放射線検出素子
において、 前記第１の超伝導体層は、Ｔａ層であり、 前記バリア層は、ＴａＯｘ層、ＡｌＯｘ層、ＨｆＯｘ層
又はＺｒＯｘ層を有し、 前記基板は、放射線阻止能の大きな材料により形成さ
れ、 前記接合部分直下の前記基板に、前記第１の超伝導体層
に達する開口部が形成され、前記基板の底面から前記接
合部分に放射線を入射することを特徴とする放射線検出
素子。 - 【請求項５】 請求項４記載の放射線検出素子におい
て、 前記基板を形成する放射線阻止能の大きな材料は、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｈｆ、Ｐｔ又はＡｕであることを特徴とする放
射線検出素子。 - 【請求項６】 請求項４又は５記載の放射線検出素子に
おいて、 前記基板と前記第１の超伝導体層の間に絶縁層が設けら
れていることを特徴とする放射線検出素子。 - 【請求項７】 請求項６記載の放射線検出素子におい
て、 前記絶縁層は、前記基板を形成する放射線阻止能の大き
な材料の酸化物層であることを特徴とする放射線検出素
子。 - 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれかに記載の放射
線検出素子において、 複数の前記接合部分を前記基板上にアレイ状に配置した
ことを特徴とする放射線検出素子。 - 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれかに記載の放射
線検出素子において、 前記第１の超伝導体層の直下に、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｈｆ、
Ｚｒ又はＴｉからなる下地層を設けたことを特徴とする
放射線検出素子。 - 【請求項１０】 請求項１乃至９のいずれかに記載の放
射線検出素子において、 前記第２の超伝導体層は、Ｔａ層であることを特徴とす
る放射線検出素子。 - 【請求項１１】 請求項１０記載の放射線検出素子にお
いて、 前記第２の超伝導体層の直下に、Ｔａと格子定数の近い
Ｖ、Ｗ又はＴｉからなる下地層を形成したことを特徴と
する放射線検出素子。 - 【請求項１２】 請求項１乃至１１のいずれかに記載の
放射線検出素子において、 前記第１の超伝導体層又は前記第２の超伝導体層に接続
され、Ｔａからなる配線層と、 前記配線層の直下に形成され、Ｔａと格子定数の近いＮ
ｂ、Ｖ、Ｗ、Ｈｆ、Ｚｒ又はＴｉからなる下地層とを有
することを特徴とする放射線検出素子。 - 【請求項１３】 請求項１乃至１２のいずれかに記載の
放射線検出素子において、 前記バリア層は、前記第１の超伝導体層上に形成された
超伝導体薄層と、前記超伝導薄層上に形成され、前記超
伝導体薄層が酸化された酸化物薄層とを有する２層構造
であり、 前記超伝導体薄層は、Ｚｒ層、Ｈｆ層又はＡｌ層であ
り、 前記酸化物薄層は、ＺｒＯｘ層、ＨｆＯｘ層又はＡｌＯ
ｘ層であることを特徴とする放射線検出素子。 - 【請求項１４】 請求項１乃至１２のいずれかに記載の
放射線検出素子において、 前記バリア層は、前記第１の超伝導体層上に形成された
第１の超伝導体薄層と、前記第１の超伝導薄層上に形成
され、前記第１の超伝導薄層が酸化された酸化物薄層
と、前記酸化物薄層上に形成された第２の超伝導体薄層
とを有する３層構造であり、 前記第１の超伝導体薄層及び前記第２の超伝導体薄層
は、Ｚｒ層、Ｈｆ層又はＡｌ層であり、 前記酸化物薄層は、ＺｒＯｘ層、ＨｆＯｘ層又はＡｌＯ
ｘ層であることを特徴とする放射線検出素子。 - 【請求項１５】 基板と、前記基板上に形成された第１
の超伝導体層と、前記第１の超伝導体層上に形成された
バリア層と、前記バリア層上に形成された第２の超伝導
体層とを有し、前記第１の超伝導体層と前記バリア層と
前記第２の超伝導体層により形成される接合部分に放射
線を入射することにより放射線を検出する放射線検出素
子を製造する放射線検出素子の製造方法において、 前記基板上に、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｈｆ、Ｚｒ又はＴｉから
なる下地層を形成する工程と、 前記基板を加熱することなく、前記下地層上にＴａから
なる第１の超伝導体層を形成する工程とを有することを
特徴とする放射線検出素子の製造方法。 - 【請求項１６】 請求項１５記載の放射線検出素子の製
造方法において、 前記バリア層上に、Ｖ、Ｗ又はＴｉからなる下地層を形
成する工程と、 前記基板を加熱することなく、前記下地層上にＴａから
なる第２の超伝導体層を形成する工程とを有することを
特徴とする放射線検出素子の製造方法。 - 【請求項１７】 請求項１５又は１６記載の放射線検出
素子の製造方法において、 前記第１の超伝導体層及び前記第２の超伝導体層上に、
層間絶縁膜を形成する工程と、 前記層間絶縁膜上に、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｈｆ、Ｚｒ又はＴ
ｉからなる下地層を形成する工程と、 前記下地層上に、前記第１の超伝導体層又は前記第２の
超伝導体層に接続されるＴａからなる配線層を形成する
工程とを有することを特徴とする放射線検出素子の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5176330A JPH06188468A (ja) | 1992-07-17 | 1993-07-16 | 放射線検出素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19112692 | 1992-07-17 | ||
| JP28000292 | 1992-10-19 | ||
| JP4-280002 | 1992-10-19 | ||
| JP4-191126 | 1992-10-19 | ||
| JP5176330A JPH06188468A (ja) | 1992-07-17 | 1993-07-16 | 放射線検出素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06188468A true JPH06188468A (ja) | 1994-07-08 |
Family
ID=27324241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5176330A Withdrawn JPH06188468A (ja) | 1992-07-17 | 1993-07-16 | 放射線検出素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06188468A (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 |
| 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 |
-
1993
- 1993-07-16 JP JP5176330A patent/JPH06188468A/ja not_active Withdrawn
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 |
| 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 |
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