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。

设计用于制造1.5 THz光子检测器的光掩膜，并为评估检测器构建了测量环境。我们设计了去年的光掩膜，但是当我们将三层SIS结构（底座）固定在1μm处时，以确保将蚀刻区域的每一侧留在不留下任何剩余部分时，除了关节外，当探测器是实际制造时，底座外部的接线将被蚀刻，从而导致SIS交界处被电气分离。在先前的蚀刻速率测量中，接线中铝薄膜的速率比三层速度慢了四倍，尽管即使在蚀刻了三层后，接线仍将保留，但实际上没有接线。这可能是由于铝的薄膜厚度小于预期的事实，并且蚀刻过程中的载荷功率大于测量速率时，但尚未确定原因。考虑到上述情况，今年我们采用了过去其他团体成功的光罩设计，并旨在首先设计将作为检测器起作用。同时，该实验室目前正在使用Terahertz强度干涉仪进行低温固醇，用于实验室实验，目前的1.5 THz光子检测器的生产也将在同一环境中的0.8 K下进行评估。由于最终强度干涉仪实验需要高速读数，因此我们旨在使用GAAS-JFET和HEMT放大器的两个阶段在高Megoohm级别上降低输出阻抗，但是今年，我们首先使用GAAS-JFET的一个阶段来制作读数电路，并在低音频繁读取方面的一个阶段，并进行了操作放大器，并进行了操作放大器。结果，现有检测器的静脉特征（Ezawa等，2019）可以在0.8 K下测量，并且噪声可以将噪声降低到3 Na，而偏置电压为600μV。该值足以对实验室中的光学性质进行评估。将来，我们计划将噪声进一步降低到小于1 pa。

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