Терагерцовые смесители на эффекте электронного разогрева в ультратонких плёнках NbN и NbTiN

• Автор: Финкель, Матвей Ильич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 127 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 Выбор объекта исследования и постановка задачи

Глава II. МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА И ОПИСАНИЕ ИССЛЕДУЕМЫХ ОБРАЗЦОВ

2.1 Технология осаждения сверхпроводниковых плёнок и изготовление исследуемых смесителей
2.2 Экспериментальная установка и методика исследования полосы преобразования смесителей на частоте 0,9 ТГц
2.3 Экспериментальная установка и методика исследования полосы преобразования смесителей в магнитном поле и коэффициента диффузии электронов в плёнках сверхпроводников
2.4 Экспериментальная установка и методика измерений шумовой температуры приёмника с НЕВ смесителем на частотах гетеродина
30 ТГц и 2,5 ТГц
Глава III. ПОЛОСА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КВАЗИОПТИЧЕСКИХ СМЕСИТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ПЛЁНОК ЫЬЫ И ЫМПЫ НА РАЗЛИЧНЫХ ПОДЛОЖКАХ

3.1 Полоса преобразования NbN и NbTiN смесителей на эффекте электронного разогрева на частотах вблизи 900 ГГц
3.2 Полоса преобразования NbTiN смесителей вблизи критической температуры в магнитном поле на частоте гетеродина 140 ГГц
3.3 Коэффициент диффузии электронов в ультратонких
плёнках NbTiN
3.4 Возможности увеличения полосы преобразования смесителей
Глава IV. ШУМОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СМЕСИТЕЛЕЙ НА ЭЛЕКТРОННОМ РАЗОГРЕВЕ В УЛЬТРАТОНКИХ ПЛЁНКАХ NbN И NbTiN
4.1 Шумовая температура приёмника с NbTiN смесителем на частоте гетеродина 2,5 ТГц
4.2 Шумовая температура лабораторного прототипа гетеродинного приёмника на частоте гетеродина 30 ТГц, изготовленного на основе NbN смесителей на GaAs подложке
4.3 Перспективы разработки смесителей на эффекте электронного разогрева с прямым согласованием чувствительного элемента
с излучением
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА
ЛИТЕРАТУРА

Потребность в чувствительных приёмниках терагерцового диапазона особенно велика в радиоастрономии. Процессы, протекающие в газопылевых облаках при формировании звёзд и планет можно исследовать при наблюдении линий излучения различных ионов, атомов и молекул. По современным представлениям, при образовании новой звезды газопылевое облако коллапсирует под действием гравитационного притяжения, что приводит к нагреву внутренних областей. Тепловая энергия должна излучаться наружу газопылевого облака, чтобы процесс формирования звезды продолжался, причём большая часть этого излучения приходится на вращательные переходы СО, НгО и других молекул в терагерцовом диапазоне. Кроме того, именно в терагерцовом диапазоне газопылевые туманности, окружающие арену формирования звезд и планет, прозрачны. Поэтому наблюдения в терагерцовом диапазоне могут дать астрономии уникальные данные о звездообразовании. Однако наблюдения с поверхности земли в терагерцовом диапазоне затруднены большим поглощением парами воды в атмосфере. Поэтому терагерцовые наземные обсерватории приходится располагать в высокогорных областях, где воздух достаточно сухой, причём в отличие от субтерагерцового диапазона наблюдения ведутся лишь в единичных окнах прозрачности на частотах от одного терагерца до полутора. Наиболее перспективными являются наблюдения с борта самолёта, па воздушном шаре или со спутниковых обсерваторий, что накладывает дополнительные ограничения на массу и габариты приёмника.
До последнего времени в терагерцовом диапазоне в качестве приемного элемента использовались диоды с барьером Шоттки (ДБШ), работающие в широком диапазоне температур [1,2]. Однако их чувствительность даже при охлаждении до температуры 4 К часто оказывается недостаточной. Большая мощность гетеродина (порядка 1 мВт) подразумевает использование громоздких генераторов, что неприемлемо для спутниковых обсерваторий.
Толщина плёнки, А
Рисунок 3. Зависимость температуры сверхпроводящего перехода плёнок ЫЬТ1Ы от толщины