【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.08】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NM0023
利用課題名 / Title
単結晶ボロンドープダイヤモンドによる超伝導共振器の実現
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構 / NIMS
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
リソグラフィ/ Lithography,PVD,エレクトロデバイス/ Electronic device,超伝導/ Superconductivity,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,光リソグラフィ/ Photolithgraphy
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)
橋本 裕太郎
所属名 / Affiliation
早稲田大学 基幹理工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
竹内雅治
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NM-604：マスクレス露光装置 [DL-1000/NC2P]
NM-632：ワイヤーボンダー [7476D #2]
NM-636：マスクレス露光装置 [DL-1000]
NM-665：電子銃型蒸着装置 [ADS-E810]
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
1.耐酸化性に優れた単結晶超伝導B-dopedダイヤモンドを用いて高Q値が期待される超伝導共振器を作成し実現する。2.厚膜・高濃度のB-dopedダイヤ層を使用することで、単結晶超伝導B-dopedダイヤモンドを用いた直接変調型超伝導トランジスタの性能向上を目指す。
実験 / Experimental
まず、ダイヤモンド基板上に川原田研究室所有のCVD装置で超伝導B-dopedダイヤモンドを成膜を行う。その上にNM-604(マスクレス露光装置 [DL-1000/NC2P])を用いてデバイス形状にリソグラフィを行う。さらにNM-665(電子銃型蒸着装置 [ADS-E810])を用いてTiとAu薄膜を成膜し、レジストをリフトオフしB-dopedダイヤモンド上にエッチングマスクを作製する。その後早稲田大学所有のICP-RIE装置を用いてエッチングを行いB-dopedダイヤモンドをデバイス形状に加工する。また超伝導トランジスタについては、上記のプロセス後早稲田大学所有のALDを用いてアルミナを成膜し、NM-604でレジストマスクをリソグラフィーしTMAHでエッチングを行った。さらにその後NM-604によるリソグラフィーとNM-665によるAl成膜によって電極を形成した。作成したデバイスはNM-632(ワイヤーボンダー [7476D #2])を用いてサンプルホルダーと接続され、NIMS高野研所有のPPMSや、NIMS立木先生所有の冷凍機を用いて極低温での超伝導特性測定を行った。なお、NM-636(マスクレス露光装置 [DL-1000])については同型のNM-604がメンテナンスで使用不可となっていた際に代替として上記と同様の過程でリソグラフィに使用した。
結果と考察 / Results and Discussion
前述の工程によって図1のような形状の共振器を単結晶B-dopedダイヤモンドを用いて作成した。しかし、図1中のCH1のような線路において作成したデバイスの殆どで超伝導転移しきらず、図2のような残留抵抗が発生してしまった。原因は共振器のデバイスが大型であることによってB-doped層成膜時にデバイス内で長距離に膜の均一性が確保できなかったことにあると考えられる。成膜条件の変更などを繰り返し、残留抵抗の解消を試みたが解消には至らず、超伝導共振器の作成は断念することとなった。一方超伝導FETについては、図3に示すような直接変調型の超伝導FETを作成し、極低温での測定を起こった。結果図4のように約20mAの超伝導臨界電流の変調と最大9.2Kでの超伝導FET動作を記録し、先行研究から大幅な動作特性の向上を果たした。要因としては厚膜・高濃度のB-dopedダイヤを用いてデバイスを作成したことが考えられる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1
図2
図3
図4
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
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.
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