テラヘルツ強度干渉計による画像合成のためのSIS光子計数型検出器の開発

使用太赫兹强度干涉仪开发用于图像合成的 SIS 光子计数型探测器

• 批准号: 22KJ0419
• 负责人: 丹羽 綾子
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0419/
• 关键词: 光子検出器; テラヘルツ天文学; 超伝導検出器; 極低温読み出し回路

1.5 THz光子検出器製作用のフォトマスクの設計と、検出器評価のための測定環境の構築を行った。フォトマスクの設計は昨年度にも行ったが、SISの三層構造（ベース）を接合部分以外残さないようエッチング領域の各辺を1μmずつ広く確保したところ、実際に検出器を製作するとベース外側の配線までエッチングされてしまい、SIS接合が電気的に孤立してしまうという問題が生じた。事前のエッチングレート測定では配線のアルミニウム薄膜は三層よりも4倍程度レートが遅く、三層エッチング後にも配線は残ると考えていたが、実際には配線が残らなかった。この原因としては想定よりもアルミニウムの膜厚が薄かったことやエッチング時の負荷電力がレート測定時よりも大きかったことが考えられるが、原因の特定には至っていない。上記を踏まえ、今年度は過去に他のグループによって成功例のあるフォトマスクデザインを採用し、まずは確実に検出器として動作する設計を目指した。一方実験室ではテラヘルツ強度干渉計の実験室実験に向けたクライオスタットの組み上げが進行中であり、現在製作中である1.5 THz光子検出器の0.8 KでのIV特性や光学特性の評価も同環境で行う予定である。最終的な強度干渉計実験には高速読み出しが求められるため、2段のGaAs-JFETとHEMTアンプを用いてメガオームレベルの高い出力インピーダンスの低減を図るが、今年度はまず低周波での読み出しの成功を目的として1段のGaAs-JFETとオペアンプによる読み出し回路の製作を行った。その結果、0.8 Kで既存の検出器(Ezawa et al., 2019)のIV特性が測定でき、バイアス電圧600 μVにて雑音を3 nAまで低減することができた。この値は実験室において光学特性の評価を行うのには十分な値である。今後、1 pA以下までのさらなる低雑音化を進めていく予定である。

1.5 THZ设计了光子检测器的照片掩模，并构建了用于评估检测器的测量环境。光面膜的设计是去年设计的，但是当SIS的三个层层结构（底座）被1μm固定时，以外，当探测器实际生产时，它不会留下其他任何东西，它是在基础之外的。在预蚀刻金属测量中，接线铝薄膜被认为比三层慢四倍，并且在三层层刻度之后，接线保留，但实际上没有接线。原因是铝膜厚度比预期的要薄，并且蚀刻过程中的负载功率大于速率测量值，但尚未确定原因。基于上述情况，今年，我们采用了一个照片面具设计，该设计在过去曾在其他群体中取得成功，并旨在确保其将作为探测器起作用。另一方面，实验室正在接受针对Terahertz强度干涉仪的实验实验的固定组件，并且当前正在生产的1.5 THZ光子检测器的IV特性和光学特性也将在同一环境中进行评估。 。最终的强度干扰实验需要高速读数，因此我们使用两个GAAS-JFET和HEMT放大器来减少高级输出阻抗，但今年我们以低频率读出来。使用单级GAAS-JFET和操作放大器的读取电路。结果，现有检测器的静脉特征（Ezawa等，2019）可以在0.8 K下测量，偏置电压600μV可以将噪声降低至3 Na。该值足以评估实验室中的光学特性。将来，我们计划提高最高1 pa或更少的较低噪声。

项目成果

SIS photon detectors for THz observations beyond the gap energy

用于超出间隙能量的太赫兹观测的 SIS 光子探测器

• 发表时间: 2022
• 作者: Ayako Niwa;Hajime Ezawa;Tomonori Tamura;Hiroshi Matsuo
• 通讯作者: Hiroshi Matsuo