Широкополосные NbN смесители терагерцового диапазона на электронном разогреве с фононным каналом охлаждения

• Автор: Свечников, Сергей Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ГЕТЕРОДИННЫМ ПРИЕМНИКАМ ИЗЛУЧЕНИЯ СУБМИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОН ВОЛН
1.1. Гетеродинные приемники миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн

1.2. Смесители на электронном разогреве с фононным каналом охлаждения

1.3. Смесители на электронном разогреве с диффузионным каналом охлаждения

1.4. Пути расширения полосы преобразования смесителей на эффекте электронного разогрева
1.5. Согласование чувствительного элемента смесителя со щелевой и спиральной антеннами

1.6. Выбор объекта исследования и постановка задачи

Глава И. ИЗГОТОВЛЕНИЕ СМЕСИТЕЛЕЙ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1. Изготовление смесителей, сопряженных со щелевыми
антеннами
2.2. Изготовление смесителей, сопряженных со спиральными антеннами
и их согласование с входным излучением
2.3. Установка для измерения полосы ПЧ смесителей, сопряженных со щелевыми антеннами
2.4. Методика измерения шумовой температуры смесителей, сопряженных со спиральными антеннами, в диапазоне частот 0.55-
1.2 ТГц
Глава III. ЧАСТОТНЫЕ И ШУМОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СМЕСИТЕЛЕЙ МИКРОННЫХ РАЗМЕРОВ

3.1 .Измерение полосы преобразования смесителей, сопряженных со щелевыми антеннами
3.2. Оценка полных потерь преобразования и измерение шумовой температуры смесителей, сопряженных со щелевыми антеннами
3.3. Шумовая температура и полные потери преобразования смесителей, сопряженных со спиральными антеннами
3.4. Разделение полных потерь преобразования смесителя на составляющие
3.5. Поглощение излучения частотой 620 ГГц и 1 ТГц смесителями из пленок ИБИ разных толщин. Оптимальная поглощенная мощность гетеродина
3.6. Выводы
Глава IV. ХАРАКТЕРИСТИКИ СМЕСИТЕЛЕЙ СУБМИКРОННЫХ РАЗМЕРОВ
4.1. Оценка оптимальной поглощенной мощности гетеродина
4.2. Оценка вклада эффекта прямого детектирования при измерениях шумовой температуры смесителя
4.3. Частотные и шумовые характеристики смесителей на подложках
из М§0
4.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА
ЛИТЕРАТУРА

Список основных сокращений и обозначений.
ММ -миллиметровый диапазон волн.
СММ -субмиллиметровый диапазон волн.
ПЧ -промежуточная частота.
СИС -туннельный переход сверхпроводник-изолятор-
сверхпроводник.
ДБШ -диод с барьером Шоттки.
BLTSA -щелевая антенна (англ.-Broken Tapered Slotline Antenna).
BAX -вольт-амперная характеристика.
ce -удельная электронная теплоемкость.
cPh -удельная фононная теплоемкость.
Fnoise -шумовая полоса приемника.
Fgain -полоса преобразования приемника.
10 -транспортный ток.
Uo -напряжение смещения.
jc -плотность критического тока.
кв -постоянная Больцмана.
Ltot -полные потери.
Lc -потери, рассогласованием смесителя с трактом высокой
частоты.
Ljf -потери, вызванные рассогласованием смесителя с трактом
промежуточной частоты.
Р;пс -мощность, падающая на смеситель.
Pabs -мощность, поглощенная смесителем.
Рш -поглощенная мощность гетеродина.
Pdc -мощность транспортного тока, поглощенная смесителем.
Rd -дифференциальное сопротивление смесителя.
Rl -сопротивление нагрузки.

преобразования будет определяться двумя временами те.рь и т. Лучшие результаты по ширине полосы смесителей с диффузионным каналом охлаждения были изложены в работе [110]. Она составляла 9 ГГц. На сегодняшний день это максимальная ширина полосы, полученная для смесителей на электронном разогреве.
Для N6 смесителя толщиной 10 нм и длиной 0.3 мкм на частоте 500 ГГц шумовая температура составляла 650 К [73]. В этой же работе проведена теоретическая оценка оптимальной поглощенной мощности гетеродина, составляющей 50 мВт. Смесители, требующие столь малую оптимальную мощность гетеродина выглядят весьма привлекательными с точки зрения их применения в терагерцовом диапазоне, однако, они обладают узким динамическим диапазоном. Во избежании их насыщения, необходимо очень тщательно подбирать инфракрасные узкополосные фильтры, задерживающие фоновое тепловое излучение.
Последние полученные лучшие значения шумовой температуры для N6 смесителей с диффузионным каналом охлаждения представлены в таблице
1.2.
В работах [77-79] рассмотрены перспективы изготовления диффузионных смесителей из других материалов. В качестве материалов альтернативных 1ЯЬ может использоваться ЫЬС [78] и А1 [77, 79].
Коэффициент диффузии А1 может в 10 раз превосходить коэффициент диффузии ниобия, следовательно применение алюминия может позволить существенно расширить полосу ПЧ. Использование материалов с более низкой критической температурой (для А1 Тс=1.6 К) понизит флуктуации электронной температуры, вносящие основной вклад в собственные шумы разогревного смесителя.