Разработка и исследование криогенного болометра на холодных электронах

• Автор: Фоминский, Михаил Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1 Криогенные болометры
1.1. Болометры на основе резистивного перехода
1.2. Болометры на основе кинетической индуктивности
сверхпроводящего конденсата
1.3. Болометр на горячих электронах как прямой детектор фотонов.
1.4. Болометры на горячих электронах с андреевским отражением..
1.5. Болометры на разогреве электронов в нормальном металле с туннельными СИН термометрами. Болометр на холодных электронах (БХЭ)

Глава 2 Предельные характеристики БХЭ
2.1. Уравнения теплового баланса и токового отклика
2.2. Предельные шумовые характеристики БХЭ
2.3. Оптимизация работы БХЭ
Глава 3 Конструкция болометра
3.1. Топология образцов (антенны, абсорберы, СИН переходы)
3.2. Технология изготовления
3.2.1. Процесс изготовления контактных площадок
3.2.2. Технология теневого напыления с использованием
двухслойного резиста
3.2.3. Фотолитография
3.2.4. Электронная литография
3.2.5. Резисты для электронно-лучевой литографии
3.2.6. Напыление пленок
3.2.7. Технология изготовления переходов при помощи
формирования трехслойных структур
3.3. Измерительное оборудование
3.3.1. Электрическая измерительная система для криостата
3.3.2. Держатели для образцов в криостате
3.3.3. Источник излучения черного тела с варьируемой температурой
3.3.4. Криостат
Г лава 4 Экспериментальные результаты
4.1. Экспериментальное исследование болометра на холодных
электронах в нормальном металле с емкостной теплоизоляцией
4.2. Электронное охлаждение в БХЭ в нормальном металле
4.3. Терагерцовая спектроскопия с джозефсоновским излучателем и

Глава 5 Заключение
Благодарности
Работы автора по теме диссертации
Список литературы

Определения, обозначения и сокращения.
В настоящем работе применяют следующие определения, обозначения и сокращения:
- БХЭ - болометр на холодных электронах
- МЭШ (МЕР) - мощность эквивалентная шуму
- СИН - «сверхпроводник - изолятор - нормальный металл»
- ВЧ - высокая частота
- БКП - болометры на основе перехода из сверхпроводящего в резистивное
состояние
- СИС - «сверхпроводник - изолятор - сверхпроводник»
- БГЭ - болометры на горячих электронах
- АБГЭ - болометры на горячих электронах с андреевским отражением
- ТБГЭ - болометры на разогреве электронов в нормальном металле с СИН
термометрами
- ГТММА - полиметилметакрилат, резист для электронной, оптической
(22(Н250нм), рентгеновской литографии. Молекулярная масса - 950000. Растворитель — анизол.
- ЗЕП520 - ЕЕР520, позитивный электронный резист. Высокая устойчивость
к сухому травлению. Молекулярная масса — 57000. Растворитель — анизол.
- ст. куб. см/мин. — стандартный кубический сантиметр в минуту, единица
измерения потока газа
- н-амилацетат - п-атуасе!а^ СН3СОО(СН2)4СНз

К 0.4 Н «3 &

в в о с.

j БКП - "Тс -detector" л - * л л
> ^ : МЭШ ! 2 = 4кТ 2С
е-р нагрев п е ^ ^ ТВХЭ без охлаждения
S У У
БХЭ - "0 -detector^ т bath
г охлаждение
0 0.5 1 1.
Приложенная мощность, Р (pW)
Рисунок 2-3 Электронная температура как функция мощности сигнала для ТЬаШ=100 мК в случае БХЭ и БКП.
После достижения мощности насыщения БКП полностью перестает реагировать на входной сигнал. Поскольку невозможно заранее предсказать предполагаемый уровень максимальной тепловой нагрузки, то и выбор Рза1 становится действительно сложной проблемой. Совершенно иная ситуация наблюдается для насыщения БХЭ: выходная охлаждающая мощность будет просто отклоняться от линейной зависимости РсоыСР). Для типичной мощности охлаждения в районе 1 пВт, отклонение от линейной зависимости Рои1(Р) будет составлять всего лишь несколько процентов от этого уровня. По мере дальнейшего роста мощности сигнала, отклонение будет