Гетеродинное преобразование частоты субмиллиметрового излучения в сверхпроводящих пленках NbN и двумерном электронном газе гетероструктур AlGaAs/GaAs

• Автор: Вахтомин, Юрий Борисович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 176 с. : ил.

Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Супергетеродинные приемники субмиллиметрового диапазона длин волн

на основе ДБШ и СИС

1.2. Эффект электронного разогрева в сверхпроводниках

1.3. Смесители на электронном разогреве с фононным каналом охлаждения

1.4. Квазиоптические схемы согласования с высокочастотным излучением

1.5. Свойства двумерного электронного газа в гетероструктурах

АЮаАзЛЗаАз

1.6. Время электрон-фононного взаимодействия в двумерном электронном

газе в магнитном поле В, перпендикулярном 2И слою

1.7. Выбор объекта исследования и постановка задачи

Глава II. МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ СМЕСИТЕЛЕЙ И ОПИСАНИЕ
ИССЛЕДУЕМЫХ ОБРАЗЦОВ
2.1. Технологические аспекты изготовления N61^ смесителей
и смесителей на основе гетероструктуры АЮаАз/ОаАз
2.1.1 Квазиоптические смесители
2.1.2 Смесители на основе гетероперехода АЮаАзЛЗаАз
2.2. Субмиллиметровый лазер на парах воды
2.3. Методика измерения шумовой температуры ЦЬИ смесителей
2.4. Методика измерения полосы преобразования ]1ЬЫ смесителей
2.5. Методика измерения характеристик АЮаАз/ОаАБ смесителя
2.5.1. Экспериментальная установка для измерений зависимости полосы преобразования ЛЮаАз/ОаАэ смесителя от магнитного поля
2.5.2. Оценка условий квазиравновесности измерений
2.6. Заключение

Глава III. ЧАСТОТНЫЕ И ШУМОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТШ
СМЕСИТЕЛЕЙ
3.1. Шумовая температура квазиоптических №14 смесителей
субмиллиметрового диапазона длин волн
3.2. Влияние эффекта прямого детектирования на полученные значения
шумовой температуры смесителя
3.3. Полоса преобразования квазиоптических №Ы смесителей
на различных подложках
3.4. Возможности расширения полосы преобразования смесителей
Глава IV. ПОЛОСА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ АЮаАя/ОаАБ СМЕСИТЕЛЯ
В МАГНИТНОМ ПОЛЕ ПЕРПЕНДИКУЛЯРНОМ 20 СЛОЮ
4.1. Осцилляции магнитосопротивления АЮаАя/ОаАз структуры
4.2. Поведение полосы преобразования ЛЮзАз/СаАя смесителя
от магнитного поля
4.3. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА
ЛИТЕРАТУРА

В последние годы неуклонно растет интерес к созданию чувствительных приемных устройств субмиллиметрового диапазона длин волн. Приемные системы этого диапазона, в частности, необходимы для проведения различного рода радиоастрономических наблюдений и исследования атмосферы Земли. Кроме этого, использование таких приемников возможно в медицине, пожарной охране, системах навигации, охранных системах и т.д.
Изучение Вселенной происходит, главным образом, на основании исследования ее электромагнитного излучения. Визуальное наблюдение за объектами Вселенной лежало в основе астрономии. Значительный прогресс в этой области науки был достигнут благодаря изобретению телескопа и применению фотографических методов астрономических наблюдений. Долгое время информацию о строении Вселенной получали лишь в сравнительно небольшом оптическом диапазоне, имеющем ширину около одной октавы (0.4-0.8 мкм). Лишь в прошлом веке начались проводиться астрономические наблюдения в смежных диапазонах длин волн. В настоящий момент изучение космических объектов происходят в различных областях электромагнитного спектра Вселенной от радиоволн до гамма излучения.
С начала 30-х годом прошлого века, астрономические наблюдения стали проводиться в радиодиапазоне, положив начало радиоастрономии. За годы своего развития радиоастрономия обогатила человечество знаниями о природе явлений, происходящих внутри космических объектов и окружающего пространства. По мере развития технологии появилась возможность проводить измерения в ранее недоступной субмиллнметровой (субмм) и дальней инфракрасной (дальняя ИК) области спектра с длинами волн от 100 до 1000 мкм (300 ГГц-3 ТГц), именуемой терагерцовым диапазоном. Процессы, связанные с формированием звезд и галактик сопровождаются интенсивным ультрафиолетовым излучением, нагревающим окружающую «холодную» среду. Таким образом, области Вселенной, в которых протекают процессы

выше уровня Ферми пусты (т.е. при заполнении N нижних уровней Ландау), поверхностная концентрация электронов в 2Т> слое есть:
п5=ИЫ„, (1.34)
В общем случае заполнение уровней Ландау характеризуется фактором заполнения:
п, лпЛг

еВ ’
(1.35)
который может принимать как целые, так и дробные значения. В данном определении фактора заполнения предполагается, что на каждом уровне Ландау может находиться по два электрона с противоположно направленными спинами. Такой способ определения V является наиболее употребительным, и мы будем пользоваться именно им.
В рассмотренном идеальном двумерном электронном газе при наличии магнитного поля плотность состояний является системой 8- функциональных пиков, а каждый из уровней Ландау вырожден с кратностью N11. В реальной ситуации при наличии в системе беспорядка к энергии электронов на уровне Ландау прибавляется флуктуирующая в пространстве часть потенциала еУ(г). Дискретные уровни Ландау приобретают конечную ширину (рис.4). Подавляющая часть электронов заполняет те состояния на уширенных уровнях Ландау, которые соответствуют минимумам потенциала У(г). Из таких состояний электрон не может уйти по эквипотенциальной линии, поэтому он привязан к месту и не принимает участия в проводимости; такие состояния называют локализованными. Лишь узкая по энергии полоска состояний в центре каждого уровня Ландау отвечает делокализованным состояниям -состояниям, занимая которые электроны могут участвовать в процессах проводимости.
Из-за зависимости плотности электронных состояний от магнитного поля время энергетической релаксации также должна испытывать осцилляции, подобные осцилляциям Шубникова-де Гааза. Релаксация электронной