【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.21】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24TU0198
利用課題名 / Title
超伝導単一光子検出器の開発
利用した実施機関 / Support Institute
東北大学 / Tohoku Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
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）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（副 / Sub）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
キーワード / Keywords
ナノワイヤ/ Nano wire,光デバイス/ Optical Device,電子線リソグラフィ/ EB lithography,高周波デバイス/ High frequency device,超伝導/ Superconductivity,膜加工・エッチング/ Film processing/etching
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)
沓間 弘樹
所属名 / Affiliation
東北大学大学院工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
今野佑輔,萩原 悠太
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）,技術補助/Technical Assistance
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
超伝導ナノワイヤ単一光子検出器は、高い検出効率、低ジッタ、低暗計数率、高速応答という特性を有し、光量子通信や生体・医療など多岐にわたる分野への応用が期待されています。本研究では、基板材料として酸化マグネシウムおよび熱酸化膜付きシリコンを用い、約10 nmの窒化ニオブを成膜して検出器の作製と評価を行った。検出器の動作には100 nm程度の微細加工が必要なため、電子線描画装置を用いて加工を実施し、超伝導転移温度や抵抗率などの物性測定に加え、光検出性能の評価も行った。
実験 / Experimental
超伝導ナノワイヤ単一光子検出器は、一般に約100 nmの細線として加工される超伝導検出器です。本研究では、東北大学ナノテク融合技術支援センターの電子線描画装置を用い、線幅100 nmから1 μmまでのワイヤを作製した。また、研究室の有する設備を使用して、超伝導転移温度や抵抗率などの物性測定および光検出器としての評価を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
結果としては、150 nmの細線までは、加工に成功し、超伝導転移および光応答、熱酸化膜付シリコン基板上に関しては、単一光子応答まで確認することができた。100 nmの細線に関しては、パターンが断線してしまい、作製における課題が見つかった。今後は、電子線描画装置のドーズ量等を最適化して、より微細な加工を行えるように条件を検討する予定である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
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