Разработка и исследование новых типов сверхпроводниковых туннельных переходов для приемных СВЧ устройств

• Автор: Дмитриев, Павел Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 96 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Обзор области исследования
1.1 Эффекты Джозефсона
1.2 Типы слабосвязанных структур
1.3 , Выбор материалов для планарных СИС структур
1.4 Технология изготовления СИС переходов методом
селективного травления
1.5 Определение основных параметров СИС переходов
1.6 СИС переходы в СВЧ приёмных устройствах на основе
квазичастичной нелинейности
1.7 Постановка задачи исследования
Глава 2. Эффект близости в структурах Nb/Al-AIOx/Nb
2.1 Микроскопическая теория туннельного эффекта для СНИС
структур
2.2 Методика проведения эксперимента
2.3 Влияние толщины нижнего электрода на параметры СИС
переходов
2.4 Влияние толщины слоя барьерного алюминия на параметры
СИС переходов
2.5 Структуры с дополнительным слоем алюминия в нижнем
электроде
Глава 3. Туннельные джозефсоновские СИС переходы на основе
структур Nb/Al-AINX/Nb и Nb/AI-AlNx/NbN
3.1 Барьер Al-AINX
3.2 Методика проведения эксперимента

3.3 СИС переходы на основе структуры N6/А 1-А Ш/МЬ
3.4 СИС переходы на основе структуры ЫЬ/А1-АШХУИЬЫ
3.5 Сверхпроводниковый генератор гетеродина на основе
структуры МЬ/А 1-А ШУЫЬЫ
Глава 4. Туннельные джозефсоновские СИС-переходы на основе
структуры NbN/MgO/NbN
4.1 Свойства плёнок №>ЛГ и СИС структуры на их основе
4.2 Методика проведения эксперимента
4.3 СИС переходы на основе структуры NbN/MgO/NbN
Заключение
Работы автора по теме диссертации
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Одним из наиболее перспективных и активно развивающихся направлений современной сверхпроводниковой микроэлектроники является создание сверхчувствительных приёмных устройств миллиметрового и субмиллиметрового диапазона длин волн на основе джозефсоновских туннельных переходов сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник (СИС переходы). Благодаря высокой нелинейности характеристик, низкому уровню собственных шумов, чрезвычайно малыми временами переключений из сверхпроводящего состояние в нормальное и криогенным рабочим температурам стало возможным создание устройств, предельная чувствительность которых ограничена только лишь квантовым пределом. Такие приёмные устройства являются наиболее чувствительными во всём миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне длин волн. В настоящий момент уже созданы устройства с шумовой температурой лишь в несколько раз превосходящими квантовый предел, что на порядок ниже, чем, например, у приемников на основе диодов Шоттки. Такие устройства являются незаменимыми в области радиоастрономии, мониторинга окружающей среды, медицины и биологических исследований.
Использование длинных джозефсоновских переходов, работающих в режиме вязкого течения магнитных вихрей, в качестве генератора гетеродина позволяет создавать компактные интегральные приёмные устройства, которые наилучшим образом подходят для приемных систем бортового базирования.
Известно много типов слабосвязанных джозефсоновских структур, однако наибольшее применение в современной низкотемпературной сверхпроводниковой электронике получили туннельные переходы на основе структуры ЫЬ/А1-Л10Х/ИЬ. В настоящий момент уже разработана и успешно используется надёжная технология изготовления высококачественных

Б,(Е) 02(Е)

Рис. 1.4 Энергетическая диаграмма (а) и волътамперная характеристика (б) туннельного СИС перехода под воздействием внешнего СВЧ излучения.