Разработка и исследование сверхпроводниковых терагерцовых смесителей на электронном разогреве

• Автор: Чередниченко, Сергей Иванович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 154 с. : ил.

Оглавление
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА Г ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
§1-1. Болометрические приемники прямого детектирования
§1-2. Гетеродинные приемники на основе СИС и ДБШ смесителей
§1-3. Эффект электронного разогрева в сверхпроводниках
§1-4. Смеситель на горячих электронах с фононным каналом
охлаждения
§1-5. Смеситель на горячих электронах с диффузионным каналом охлаждения
"Т .
§1-6. ВТСП смесители на горячих электронах
§1-7.Обзор методов напыления тонких пленок ЕІЬІЧ
Выводы и постановка задачи
ГЛАВА2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА
ЭКСПЕРИМЕНТА
§2-1. Установка для измерения полосы ПЧ Е1ЬЫ смесителей на
частоте 140 ЕЕц и методика эксперимента
§2-2. Оптическая схема установки и методика измерения УВСО
болометра
§2-3. Схема и методика измерения шумовой температуры ИЬИ НЕВ
смесителей
ГЛАВАЗ. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ИВЫ СМЕСИТЕЛЕЙ НА ЭЛЕКТРОННОМ РАЗОГРЕВЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЯ ИХ
ШУМОВОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ
§3-1. Напыление пленок МГН методом магнетронного распыления в
режиме стабилизации тока
§3-2 Морфология поверхности и кристаллическая структура пленок МЯЧ
§3-3. Изготовление ТМЫЧ смесителей методами фото- и электронной
литографий
§3-4. Результаты тестирования Г4ЬИ НЕВ смесителей
§3-5. Выводы
ГЛАВА4. ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛОСЫ ПЧ НВИ СМЕСИТЕЛЯ НА
ЧАСТОТЕ 140 ГГЦ
§4-1. Полоса преобразования смесителя при температуре, близкой к
Тс и малой мощности гетеродина
§4-2. Полоса преобразования смесителя при температуре 4.2 К и
оптимальной мощности гетеродина
§4-3. Перспективы расширения полосы ПЧ ИВИ смесителей
§4-4. Выводы
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЯ УВСО СМЕСИТЕЛЕЙ НА
ЭЛЕКТРОННОМ РАЗОГРЕВЕ
§5-1. Изготовление УВСО смесителей на электронном разогреве... 120 §5-2. Зависимость спектра ПЧ УВСО смесителей от их
геометрических размеров
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА
ЛИТЕРАТУРА

Список основных сокращений и обозначений.
АЧХ -амплитудно-частотная характеристика.
ВАХ вольт-амперпая характеристика,
втсп высокотемпературный сверхпроводник.
ВЧ -высокая частота.
ДБШ -диод с барьером Шоттки.
И К инфракрасный диапазон воли.
ММ -миллиметровый диапазон волн.
HEB -болометр па горячих электронах в сверхпроводниковых
плёнках в резистивном состоянии (англ. Hot Electron Bolometer).
ПЧ -промежуточная частота.
СИ С туннельный переход сверхпроводпик-изолятор-
сверхпроводник.
СубММ -субмиллимстровый диапазон волн у -частота излучения.
0 -электронная температура,
р -удельное сопротивление.
соо -промежуточная часто та, частота модуляции излучения.
ДВ -полоса преобразования смесителя (полоса промежуточных
частот),
т -постоянная времени болометра,
т© -время релаксации электронной температуры.
Tdiff -время диффузии электронов.
Тс-е -время электрон-электрониого взаимодействия.
Tc-pii -время электрон-фононного взаимодействия.
Test -время выхода фононов в подложку.
Тш -постоянная времени смесителя.

литературе как НЕВ (hot electron bolometer). Поэтому полоса промежуточных частот определяется временем релаксации электронной температуры і© (см.. §1-3). Пусть, например, на болометр, через который протекает ток смещения 1о, падают две параллельно поляризованные электромагнитные волны, одна из которых является сигналом, а другая-гетеродином:
Е„ = Е„ cos(coJ)
д0 о
£iO = £io0cosKof)
Es< Тогда мощнос ть, выделяющаяся в болометре, равна:
Е Ej() ЕІ
Р = I0-U0 + а{Е + Е) = IQ -Uо + + JPPl + Ао соз2й)+

Постоянная составляющая этой мощности равна
Е1 Е1о
PQ = IQ-U0 + a[—0 Н

чисто тепловым. Под действием Ро электронная и фононная температуры растут и их значения могут быть получены из уравнений (1.5).
Переменная составляющая мощности, выделяющейся в болометре, содержит в своем спектральном составе, наряду с частотами cos и сот и их гармониками, также их суммарную и разностную частоту. Если cos и соьо>>1/т0, что для NbN выполняется уже в ММ диапазоне волн, а для