Сверхпроводниковые гетеродинные детекторы терагерцового диапазона на основе тонких пленок нитрида ниобия

• Автор: Антипов, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 131 с. : ил.

Глава I. Смесители терагерцового диапазона частот (обзор

литературы)

§1.1 Полупроводниковые неохлаждаемые смесители на основе диодов с

барьером Шоттки

§1.2 Смесители на основе туннельных переходов сверхпроводникизолятор-сверхпроводник

§1.3 Физические основы работы сверхпроводниковых смесителей на

горячих электронах

§1.4 Сверхпроводниковые смесители на горячих электронах с фононным

каналом охлаждения

§1.5 Постановка задачи, определение цели и предмета

исследования

Глава II. Изготовление квазиоптических ИЬИ смесителей на горячих
электронах и методика эксперимента
§2.1 Электронно - разогревные №)И смесители: топология, структура и
технология изготовления
§2.2 Квазиоптическая схема согласования ИбИ смесителя с входным
трактом
§2.3 Экспериментальный стенд и методика измерения полосы ПЧ 14ЬИ
смесителей на частоте 0,9 ТГц
§2.4 Экспериментальный стенд и методика измерения шумовой температуры ТЧЬИ смесителей на частотах 3,8, 2,5 и
0,9 ТГц
§2.5 Экспериментальный стенд и методика исследования поляризационной чувствительности планарной спиральной антенны
на частоте 3,8 и 2,5 ТГц
Глава III. Квазиоптические ТІбИ смесители на горячих электронах на подложках из Бі с буферным слоем Г^О
§3.1 Полоса преобразования ІМЬИ смесителей с фононным каналом охлаждения
§3.2 Шумовая температура ИЬК смесителей с фононным каналом
охлаждения на частотах 3,8 и 2,5 и 0,9 ТГц
§3.3 Выводы
Глава IV. Поляризационный отклик спиральной антенны и определение шумовой температуры ТТЬИ смесителей с учетом эффекта прямого
детектирования на частотах 3,8 и 2,5 ТГц
§4.1 Поляризационная чувствительность планарной спиральной антенны
на частотах 3,8 и 2,5 ТГц
§4.2 Влияния эффекта прямого детектирования при определении шумовой
температуры ГИтЫ смесителей на частоте 2,5 ТГц
§4.3 Выводы
Заключение
Список публикаций автора
Литература

В связи с расширением области использования терагерцового (или субмиллиметрового) электромагнитного излучения потребность в чувствительных широкополосных приемных устройствах этого диапазона на сегодня полностью не удовлетворена. Указанный участок спектра имеет ряд преимуществ, прежде всего для радиоастрономии и мониторинга окружающей среды, осуществляемого с борта спутников, аэростатов и специальных самолетов [1-7], а также систем космической связи, диагностики плазмы и биологических тканей.
Для повышения чувствительности в этом диапазоне часто используется гетеродинная схема приемника излучения, в которой смеситель осуществляет преобразование частоты «вниз». Наиболее эффективными гетеродинными детекторами для радиоастрономии при изучении спектров межзвездного излучения в диапазоне частот 0,1 - 1,25 ТГц на сегодня признаны смесители на основе туннельных переходов сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник (СИС - смеситель) [8-15]. Данный тип гетеродинного приемника сочетает предельно низкую шумовую температуру, близкую к квантовому пределу, с широкой полосой промежуточных частот, а также требует малой мощности гетеродина. При дальнейшем повышении частоты (выше двойной щелевой частоты используемых сверхпроводников) чувствительность СИС -смесителей подает из-за увеличения внутренних потерь.
Другим распространенным полупроводниковым преобразователем частоты в гетеродинном приемнике, который может работать в диапазоне частот 0,3 - 5 ТГц, является диод с барьером Шоттки (ДБШ - смеситель) [16-25]. ДБШ - смесители не требуют глубокого охлаждении и могут работать в диапазоне температур от комнатных до гелиевых, что является основным их преимуществом при освоении терагерцового диапазона. К существенным

С^Г

11.5 11,0
10.5 10,0

7.5 7,0

- ш подложка 51(100) с буферным слоем MgO • подложка 51(100) А подложка MgO 1 ■
1 1
1 ■ А ( к >
1 1 4 а ► 1
1 1 1

1 >

< 1

2,0
2,5
3,0
Толщина, нм
3,5
4,0
Рис. 3. Зависимость критической температуры пленок ИЬМ от их толщины для используемых материалов подложки.