【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.24】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23HK0038
利用課題名 / Title
超伝導デバイスの作製
利用した実施機関 / Support Institute
北海道大学 / Hokkaido Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed
キーワード / Keywords
蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,ALD,PVD,スパッタリング/ Sputtering,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,電子線リソグラフィ/ EB lithography,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,ダイシング/ Dicing,超伝導/ Superconductivity,光デバイス/ Optical Device
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
柴田 浩行
所属名 / Affiliation
北見工業大学 電気電子工学専攻
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
シェン・ペン,両瀬隆宏,大室智士,川口真,土屋千拡
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
小島俊哉,大西広,中野和佳子,浮田桂子,福本愛,中村圭佑,細井浩貴,遠堂敬史,佐々木仁,石旭,松尾保孝
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術代行/Technology Substitution
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
HK-603：超高速スキャン電子線描画装置(130kV)
HK-604：レーザー描画装置
HK-609：ヘリコンスパッタリング装置
HK-616：原子層堆積装置
HK-620：ICP高密度プラズマエッチング装置（フッ素）
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
近年、超伝導ストリップを用いた単一光子検出器や3端子素子の開発が進んでいる。本研究では窒化ニオブ（NbN）および窒化モリブデン（MoN）を用いた超伝導ストリップ光子検出器（SNSPD, SWSPD）および超伝導ナノ細線クライオトロン（nTron）を作製した。
実験 / Experimental
DCマグネトロンスパッタ装置を用いて厚さ数nmのNbNおよびMoN極薄膜を成長後、フォトリソグラフィにより幅20-50microの超伝導細線を作製した。その後、レーザー描画装置または電子線描画装置を用いてSNSPD、nTron、SWSPD用のフォトマスクなどを作製した。
結果と考察 / Results and Discussion
作製したSNSPDの光検出特性を測定した所、量子効率は最大1.4%と従来より大幅に低かった。これは、細線幅が設計値の半分以下であったため臨界電流が10microA以下に低下したためである。微細加工時の条件を最適化する必要がある。作製したフォトマスクとコンタクトアライナーを用いてSWSPDを作製したが、バンク構造の位置ずれが生じたため単一光子検出はできなかった。正確な位置合わせが可能となるようにフォトマスクを再作製する必要がある。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
SNSPDメアンダ細線SEM像
SNSPD光学顕微鏡写真
SWSPD受光部SEM像
nTron顕微鏡写真
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
北海道大学ナノテクノロジー連携推進センター技術員の方々には学生の指導について大変お世話になり深く感謝致します。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 両瀬隆宏，中野和佳子，シェンペン，柴田浩行，“裏入射型NbTiN-SNSPDの開発” 応用物理学会北海道支部大会（札幌），令和6年1月7日
- 大室智士，柴田浩行，“超伝導ワイドストリップ光子検出器(SWSPD)の作製” 応用物理学会北海道支部大会（札幌），令和6年1月7日
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件