JP2955931B1 - 放射線検出素子 - Google Patents
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10N60/00—Superconducting devices
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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Abstract
【要約】
【課題】 超伝導トンネル接合を用いた放射線検出素子
において、信号電荷の収集効率を上げ、エネルギー分解
能を向上させる。 【解決手段】 柱状の超伝導体の側面に酸化膜を形成
し、その上に超伝導体薄膜を設け、酸化膜と超伝導体薄
膜が柱状の超伝導体の側面全周を覆うようにして、放射
線によって柱状の超伝導体内に発生した準粒子による信
号電荷の収集効率を向上させる。
において、信号電荷の収集効率を上げ、エネルギー分解
能を向上させる。 【解決手段】 柱状の超伝導体の側面に酸化膜を形成
し、その上に超伝導体薄膜を設け、酸化膜と超伝導体薄
膜が柱状の超伝導体の側面全周を覆うようにして、放射
線によって柱状の超伝導体内に発生した準粒子による信
号電荷の収集効率を向上させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＸ線、γ線等の電磁
波や電子線、α線等の粒子線等の放射線のエネルギース
ペクトルを測定するための放射線検出器に使用する放射
線検出素子に関するものである。
波や電子線、α線等の粒子線等の放射線のエネルギース
ペクトルを測定するための放射線検出器に使用する放射
線検出素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の超伝導トンネル接合を用いた放射
線検出素子は、図３のように基板７上に形成した従来の
第１の超伝導体薄膜８の表面を酸化して１から２ｎｍ程
度の非常に薄い酸化膜（図示せず）を形成し、さらにそ
の上に従来の第２の超伝導体薄膜９を設けた構造であ
る。
線検出素子は、図３のように基板７上に形成した従来の
第１の超伝導体薄膜８の表面を酸化して１から２ｎｍ程
度の非常に薄い酸化膜（図示せず）を形成し、さらにそ
の上に従来の第２の超伝導体薄膜９を設けた構造であ
る。
【０００３】基板７の材料としては酸化膜付きのシリコ
ン単結晶やサファイア単結晶などが使われている。また
従来の第１の超伝導体薄膜８としてはスズ、鉛、ニオ
ブ、タンタルなどのスパッタ膜あるいは蒸着膜が使われ
ている。従来の第２の超伝導体薄膜９にもスズ、鉛、ニ
オブ、タンタルなどのスパッタ膜あるいは蒸着膜が使わ
れている。
ン単結晶やサファイア単結晶などが使われている。また
従来の第１の超伝導体薄膜８としてはスズ、鉛、ニオ
ブ、タンタルなどのスパッタ膜あるいは蒸着膜が使われ
ている。従来の第２の超伝導体薄膜９にもスズ、鉛、ニ
オブ、タンタルなどのスパッタ膜あるいは蒸着膜が使わ
れている。
【０００４】従来の第１の超伝導体薄膜８の内部に入射
した放射線によって、その内部に準粒子が発生する。準
粒子はこの場合は通常の電子と同じと考えてよく、拡散
によって運動し、その寿命時間内に酸化膜付近に移動す
ればトンネル効果により酸化膜を通過して、従来の第２
の超伝導体薄膜９に信号電荷として収集される。信号電
荷の量は入射した放射線のエネルギーに比例するので、
放射線エネルギーを測定することができる。
した放射線によって、その内部に準粒子が発生する。準
粒子はこの場合は通常の電子と同じと考えてよく、拡散
によって運動し、その寿命時間内に酸化膜付近に移動す
ればトンネル効果により酸化膜を通過して、従来の第２
の超伝導体薄膜９に信号電荷として収集される。信号電
荷の量は入射した放射線のエネルギーに比例するので、
放射線エネルギーを測定することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の構造では、従来
の第１の超伝導体薄膜８は基板７上に形成されている。
放射線によって従来の第１の超伝導体薄膜８に発生した
準粒子は、トンネル効果によって酸化膜を通過して従来
の第２の超伝導体薄膜９に信号電荷として収集される
が、従来の第１の超伝導体薄膜８と基板７との界面にお
いて準粒子の損失が起こるため、信号電荷の収集効率が
低い。
の第１の超伝導体薄膜８は基板７上に形成されている。
放射線によって従来の第１の超伝導体薄膜８に発生した
準粒子は、トンネル効果によって酸化膜を通過して従来
の第２の超伝導体薄膜９に信号電荷として収集される
が、従来の第１の超伝導体薄膜８と基板７との界面にお
いて準粒子の損失が起こるため、信号電荷の収集効率が
低い。
【０００６】また放射線はそのエネルギーの一部によっ
て、従来の第１の超伝導体薄膜８中にフォノンを発生さ
せるが、充分なエネルギーを持ったフォノンはさらに準
粒子を発生して信号電荷に寄与することができる。この
フォノンもまた基板７があるとその界面において損失を
起こす。さらに基板７上に形成する従来の第１の超伝導
体薄膜８は多結晶体のため、準粒子が結晶粒界で損失を
起こし、信号電荷の収集効率が低くなる。
て、従来の第１の超伝導体薄膜８中にフォノンを発生さ
せるが、充分なエネルギーを持ったフォノンはさらに準
粒子を発生して信号電荷に寄与することができる。この
フォノンもまた基板７があるとその界面において損失を
起こす。さらに基板７上に形成する従来の第１の超伝導
体薄膜８は多結晶体のため、準粒子が結晶粒界で損失を
起こし、信号電荷の収集効率が低くなる。
【０００７】電荷の収集効率が低いと、統計的に測定す
る電荷量のばらつきが大きくなるため、エネルギーの測
定値のばらつきが大きくなり、エネルギー分解能が悪化
する。
る電荷量のばらつきが大きくなるため、エネルギーの測
定値のばらつきが大きくなり、エネルギー分解能が悪化
する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の放射線検出素子
は、柱状の超伝導体の側面に酸化膜を形成し、その上に
超伝導体薄膜を設け、酸化膜と超伝導体薄膜が柱状の超
伝導体の側面全周を覆う構造、または柱状の超伝導体の
側面に第１の超伝導体薄膜を形成し、第１の超伝導体薄
膜表面を酸化し酸化膜を形成した後、第２の超伝導体薄
膜を設け、第１の超伝導体薄膜と酸化膜と第２の超伝導
体薄膜が柱状の超伝導体の側面全周を覆う構造とした。
は、柱状の超伝導体の側面に酸化膜を形成し、その上に
超伝導体薄膜を設け、酸化膜と超伝導体薄膜が柱状の超
伝導体の側面全周を覆う構造、または柱状の超伝導体の
側面に第１の超伝導体薄膜を形成し、第１の超伝導体薄
膜表面を酸化し酸化膜を形成した後、第２の超伝導体薄
膜を設け、第１の超伝導体薄膜と酸化膜と第２の超伝導
体薄膜が柱状の超伝導体の側面全周を覆う構造とした。
【０００９】さらに柱状の超伝導体が単結晶体であるこ
とを特徴とする放射線検出素子とした。このような構造
にすることにより、柱状の超伝導体内で放射線によって
発生した準粒子、フォノンの基板との界面での損失がな
くなる。さらに柱状の超伝導体として単結晶体を使用す
ることにより、準粒子が超伝導体内部の粒界で損失を起
こす確率が小さくなる。
とを特徴とする放射線検出素子とした。このような構造
にすることにより、柱状の超伝導体内で放射線によって
発生した準粒子、フォノンの基板との界面での損失がな
くなる。さらに柱状の超伝導体として単結晶体を使用す
ることにより、準粒子が超伝導体内部の粒界で損失を起
こす確率が小さくなる。
【００１０】
【実施例】（実施例１）図１に本発明による第１の実施
例の構造図を示す。円柱状超伝導体１は、直径１００μ
ｍ、長さ５ｍｍの円柱状の多結晶アルミニウムよりな
る。アルミニウムは約１Ｋ以下の温度では超伝導体であ
り、高純度の材料が得られ、準粒子寿命が長い特徴があ
る。
例の構造図を示す。円柱状超伝導体１は、直径１００μ
ｍ、長さ５ｍｍの円柱状の多結晶アルミニウムよりな
る。アルミニウムは約１Ｋ以下の温度では超伝導体であ
り、高純度の材料が得られ、準粒子寿命が長い特徴があ
る。
【００１１】円柱状超伝導体１の表面を酸素雰囲気中に
置くことによって、図示しない酸化膜を円柱状超伝導体
１の全体表面に形成する。そして、さらに円柱状超伝導
体１の酸化膜の上に超伝導体薄膜２として厚さ０．２μ
ｍのアルミニウム薄膜を全周蒸着した。本実施例ではア
ルミニウムの蒸着領域の長さは先端を含んで長さ５００
μｍである。アルミニウム薄膜はスパッタリングによっ
て作成することも可能である。スパッタリングでアルミ
ニウム薄膜を形成すれば、円柱状超伝導体１の先端部に
もアルミニウム薄膜が形成される。
置くことによって、図示しない酸化膜を円柱状超伝導体
１の全体表面に形成する。そして、さらに円柱状超伝導
体１の酸化膜の上に超伝導体薄膜２として厚さ０．２μ
ｍのアルミニウム薄膜を全周蒸着した。本実施例ではア
ルミニウムの蒸着領域の長さは先端を含んで長さ５００
μｍである。アルミニウム薄膜はスパッタリングによっ
て作成することも可能である。スパッタリングでアルミ
ニウム薄膜を形成すれば、円柱状超伝導体１の先端部に
もアルミニウム薄膜が形成される。
【００１２】このとき必ずしもアルミニウム薄膜が完全
に全周に蒸着されていなくても、蒸着されていない面積
が相対的に小さければ電荷の収集効率を充分確保するこ
とができる。放射線はアルミニウム薄膜の蒸着領域の長
さの中央部付近の側面に入射させる。円柱状超伝導体１
の内部で発生した準粒子は、トンネル効果によって超伝
導体薄膜２であるアルミニウム薄膜に収集される。収集
された電荷はリード線３を通して取り出される。
に全周に蒸着されていなくても、蒸着されていない面積
が相対的に小さければ電荷の収集効率を充分確保するこ
とができる。放射線はアルミニウム薄膜の蒸着領域の長
さの中央部付近の側面に入射させる。円柱状超伝導体１
の内部で発生した準粒子は、トンネル効果によって超伝
導体薄膜２であるアルミニウム薄膜に収集される。収集
された電荷はリード線３を通して取り出される。
【００１３】本実施例では円柱状超伝導体１として多結
晶アルミニウム薄膜を用いたがスズ、鉛、ニオブ、タン
タルなどの多結晶超伝導体もしくは単結晶超伝導体を用
いてもよく、多結晶アルミニウムに限定されるものでは
ない。 （実施例２）図２に本発明による第２の実施例の構造図
を示す。
晶アルミニウム薄膜を用いたがスズ、鉛、ニオブ、タン
タルなどの多結晶超伝導体もしくは単結晶超伝導体を用
いてもよく、多結晶アルミニウムに限定されるものでは
ない。 （実施例２）図２に本発明による第２の実施例の構造図
を示す。
【００１４】単結晶タンタルよりなる厚さ２５μｍ、幅
５００μｍ、長さ５ｍｍの角柱状超伝導体４を超高真空
中で２３００℃に加熱して不純物と表面酸化膜を除去
し、第１の超伝導体薄膜５として厚さ０．２μｍのアル
ミニウム薄膜を長さ全体に渡って全周蒸着した後、酸素
雰囲気中で酸化して図示しないアルミニウム酸化膜を形
成する。さらに第２の超伝導体膜６として厚さ０．２μ
ｍのアルミニウム薄膜を長さ５００μｍの領域に全周蒸
着する。
５００μｍ、長さ５ｍｍの角柱状超伝導体４を超高真空
中で２３００℃に加熱して不純物と表面酸化膜を除去
し、第１の超伝導体薄膜５として厚さ０．２μｍのアル
ミニウム薄膜を長さ全体に渡って全周蒸着した後、酸素
雰囲気中で酸化して図示しないアルミニウム酸化膜を形
成する。さらに第２の超伝導体膜６として厚さ０．２μ
ｍのアルミニウム薄膜を長さ５００μｍの領域に全周蒸
着する。
【００１５】第１の超伝導体薄膜５をアルミニウムとす
ることにより、単結晶タンタルの表面を酸化して形成し
た酸化タンタル膜よりもリーク電流の小さいアルミニウ
ム酸化膜を利用することができるのでリーク電流による
ノイズを小さくできる。一方、アルミニウムは放射線の
吸収係数が小さい欠点がある。角柱状超伝導体４として
放射線吸収係数の大きいタンタルを使用し、第１の超伝
導体薄膜５をアルミニウムとすることにより、検出器の
放射線吸収係数が大きく、リーク電流の小さい放射線検
出素子を得ることができる。
ることにより、単結晶タンタルの表面を酸化して形成し
た酸化タンタル膜よりもリーク電流の小さいアルミニウ
ム酸化膜を利用することができるのでリーク電流による
ノイズを小さくできる。一方、アルミニウムは放射線の
吸収係数が小さい欠点がある。角柱状超伝導体４として
放射線吸収係数の大きいタンタルを使用し、第１の超伝
導体薄膜５をアルミニウムとすることにより、検出器の
放射線吸収係数が大きく、リーク電流の小さい放射線検
出素子を得ることができる。
【００１６】本実施例では角柱状超伝導体４として単結
晶タンタルを用いたがスズ、鉛、ニオブ、タンタルなど
の単結晶超伝導体もしくは多結晶超伝導体を用いてもよ
く、単結晶ニオブに限定されるものではない。また、第
２の超伝導体薄膜６としてアルミニウムを用いたがス
ズ、鉛、ニオブ、タンタルなどの超伝導体を用いてもよ
く、アルミニウムに限定されるものではない。
晶タンタルを用いたがスズ、鉛、ニオブ、タンタルなど
の単結晶超伝導体もしくは多結晶超伝導体を用いてもよ
く、単結晶ニオブに限定されるものではない。また、第
２の超伝導体薄膜６としてアルミニウムを用いたがス
ズ、鉛、ニオブ、タンタルなどの超伝導体を用いてもよ
く、アルミニウムに限定されるものではない。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、柱状の超伝導体の側面
に酸化膜を形成し、その上に超伝導体薄膜を形成し、酸
化膜と超伝導体薄膜が柱状の超伝導体の側面全周を覆う
構造にすることにより、柱状の超伝導体内で放射線によ
って発生した準粒子は基板との界面で損失を起こすこと
がなくなるので、信号電荷の収集効率が向上し信号電荷
の統計的ばらつきが小さくなるため、エネルギー分解能
が向上する。
に酸化膜を形成し、その上に超伝導体薄膜を形成し、酸
化膜と超伝導体薄膜が柱状の超伝導体の側面全周を覆う
構造にすることにより、柱状の超伝導体内で放射線によ
って発生した準粒子は基板との界面で損失を起こすこと
がなくなるので、信号電荷の収集効率が向上し信号電荷
の統計的ばらつきが小さくなるため、エネルギー分解能
が向上する。
【００１８】また、柱状の超伝導体の側面に第１の超伝
導体薄膜を形成し、第１の超伝導体薄膜の表面を酸化し
酸化膜を形成した後、第２の超伝導体薄膜を設け、第１
の超伝導体薄膜と酸化膜と第２の超伝導体薄膜が柱状の
超伝導体の側面全周を覆う構造にすることにより,柱状
の超伝導体として放射線吸収係数の大きい超伝導体を使
用し、第１の超伝導体薄膜として、リーク電流の小さい
酸化膜を形成できるので、リーク電流によるノイズを小
さくでき、エネルギー分解能が高く、放射線吸収係数の
大きい検出素子を得ることができる。
導体薄膜を形成し、第１の超伝導体薄膜の表面を酸化し
酸化膜を形成した後、第２の超伝導体薄膜を設け、第１
の超伝導体薄膜と酸化膜と第２の超伝導体薄膜が柱状の
超伝導体の側面全周を覆う構造にすることにより,柱状
の超伝導体として放射線吸収係数の大きい超伝導体を使
用し、第１の超伝導体薄膜として、リーク電流の小さい
酸化膜を形成できるので、リーク電流によるノイズを小
さくでき、エネルギー分解能が高く、放射線吸収係数の
大きい検出素子を得ることができる。
【００１９】さらに柱状の超伝導体として単結晶体を使
用することにより、準粒子が超伝導体内部の粒界で損失
を起こす確率を小さくでき、さらにエネルギー分解能の
高い放射線検出素子を得ることができる。
用することにより、準粒子が超伝導体内部の粒界で損失
を起こす確率を小さくでき、さらにエネルギー分解能の
高い放射線検出素子を得ることができる。
【図１】図１は、本発明の第１の実施例の断面図であ
り、図１（ａ）は、軸方法の断面図であり、図１（ｂ）
は、図１（ａ）のＡ−Ａ'位置の断面図である。
り、図１（ａ）は、軸方法の断面図であり、図１（ｂ）
は、図１（ａ）のＡ−Ａ'位置の断面図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施例の断面図であ
り、図２（ａ）は、軸方法の断面図であり、図２（ｂ）
は、図２（ａ）のＢ−Ｂ'位置の断面図である。
り、図２（ａ）は、軸方法の断面図であり、図２（ｂ）
は、図２（ａ）のＢ−Ｂ'位置の断面図である。
【図３】図３は、従来の技術による放射線検出素子の断
面図である。
面図である。
１ 円柱状超伝導体 ２ 超伝導体薄膜 ３ リード線 ４ 角柱状超伝導体 ５ 第１の超伝導体薄膜 ６ 第２の超伝導体薄膜 ７ 基板 ８ 従来の第１の超伝導体薄膜 ９ 従来の第２の超伝導体薄膜
Claims (3)
- 【請求項１】 柱状の超伝導体の側面に酸化膜を形成
し、その上に超伝導体薄膜を設け、酸化膜と超伝導体薄
膜が柱状の超伝導体の側面全周を覆うことを特徴とする
放射線検出素子。 - 【請求項２】 柱状の超伝導体の側面に第１の超伝導体
薄膜を形成し、第１の超伝導体薄膜表面を酸化し酸化膜
を形成した後、第２の超伝導体薄膜を設け、第１の超伝
導体薄膜と酸化膜と第２の超伝導体薄膜が柱状の超伝導
体の側面全周を覆うことを特徴とする放射線検出素子。 - 【請求項３】 柱状の超伝導体が単結晶体であることを
特徴とする請求項１または請求項２記載の放射線検出素
子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10203196A JP2955931B1 (ja) | 1998-07-17 | 1998-07-17 | 放射線検出素子 |
| US09/351,506 US6281497B1 (en) | 1998-07-17 | 1999-07-12 | Radioactive ray detecting device |
| GB9916899A GB2339985B (en) | 1998-07-17 | 1999-07-19 | Radiation detecting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10203196A JP2955931B1 (ja) | 1998-07-17 | 1998-07-17 | 放射線検出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2955931B1 true JP2955931B1 (ja) | 1999-10-04 |
| JP2000035481A JP2000035481A (ja) | 2000-02-02 |
Family
ID=16470064
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