Development of a large array of TES micro calorimeters using multilayer readout wiring for the X-ray astronomy satellite DIOS
黒丸 厳静, 山口 静哉, 宮崎 直人, 桑原 啓介, 加藤 優花, 大橋 隆哉, 石崎 欣尚, 江副 祐一郎, 山田 真也 （首都大）； 満田 和久 （JAXA）； 野田 博文 （理研）； 日高 睦夫, 佐藤 哲郎 （産総研）
Abstract: 我々のグループでは2020年の打ち上げを目指し提案中の小型科学衛星 DIOS への搭載に向けた TES (Transition Edge Sensor) 型X線マイクロカロリメータアレイの開発を行っている。 TES カロリメータは金属の素子を 100 mK 程度まで冷却し、超伝導遷移端の急激な抵抗変化を用いることで高いエネルギー分解能を達成することができるX線検出器である。我々はこれまでに 16 ピクセルアレイ中の1素子について、5.9 keV の入射X線に対して 2.8 eV のエネルギー分解能 (FWHM) を達成した (Akamatsu et al. 2009 AICP)。さらに、1 cm 角に 256 ピクセルを配置したアレイ中の1素子について 4.4 eV を達成した (Ezoe et al. 2009 AICP)。
DIOSミッションの要求では 1 cm 角の有効面積、具体的には 200 μm 角素子による 20×20 アレイが必要である。しかし、従来のデザインでアレイ化する場合では配線部分のデットスペースが多い上に、ピクセルを過度に密集させ配線の距離が近くなるとクロストークの影響が無視できなくなるという問題が生じることが分かった。この問題を解決するため、我々は積層配線と呼ばれる、素子までのホットとリターン配線を絶縁膜で挟んで上下に重ねるデザインを採用した (Ezoe et al. 2015 IEEE TAS など)。これによってデットスペースが減少し、1 cm 角内に 400 ピクセルの TES を配置することができる。
本講演では上記の技術を用いた我々のTES型X線カロリメータについて、開発の現状を紹介する。