Разработка и исследование детекторов квантов электромагнитного излучения на основе сверхпроводниковых наноструктур с туннельным переходом

• Автор: Якопов, Григорий Владимирович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 160 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ И АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИЕМНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ

1Л ДИНАМИКА РАЗВИТИЯ ДЕТЕКТОРОВ НА ОСНОВЕ СТП

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СТП .

1.4 СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТП

ПОЛУЧЕНИЕ ПЛЕНОК НИОБИЯ, АЛЮМИНИЯ И ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ СТРУКТУР

НА ИХ ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВЫМ ИСПАРЕНИЕМ

ПРОЦЕСС
ПРОЦЕСС
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУР x, ПОЛУЧЕННЫХ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВЫМ ИСПАРЕНИЕМ МЕТОДОМ АНОДНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
ВЫВОДЫ
2 АНАЛИЗ ОБЛАСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ И ВЛИЯНИЯ ЭФФЕКТА БЛИЗОСТИ НА СВОЙСТВА СТП
2.1 ПРИМЕНЕНИЕ СВЕРХПРОВОДНИКОВЫХ ТУННЕЛЬНЫХ ПЕРЕХОДОВ В СПЕКТРОСКОПИИ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ
СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЕ ТУННЕЛЬНЫЕ ПЕРЕХОДЫ В СПЕКТРОГРАФЕ
СКРЕЩЕННОЙ ДИСПЕРСИИ
ВОЗМОЖНЫЕ ВАРИАНТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИЕМНИКОВ НА ОСНОВЕ СВЕРХПРОВОДНИКОВЫХ ТУННЕЛЬНЫХ ПЕРЕХОДОВ НА БОЛЬШОМ ТЕЛЕСКОПЕ
АЗИМУТАЛЬНОМ
СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЕ ТУННЕЛЬНЫЕ ПЕРЕХОДЫ В ИНТЕРФЕРОМЕТРЕ
ФАБРИПЕРО
СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЕ ТУННЕЛЬНЫЕ ПЕРЕХОДЫ В СПЕКТРОПОЛЯРИМЕТРЕ СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЕ ТУННЕЛЬНЫЕ ПЕРЕХОДЫ В ФОТОМЕТРИИ.
2.2 ВЛИЯНИЕ ЭФФЕКТА БЛИЗОСТИ НА СВОЙСТВА СВЕРХПРОВОДНИКОВЫХ ТУННЕЛЬНЫХ ПЕРЕХОДОВ..
ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ВЛИЯНИЯ
ПОНИЖЕНИЕ КРИТИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ В СИСТЕМЕ НИОБИЙАЛЮМИНИЙ
УМЕНЬШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЩЕЛИ
СИГНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА
ВРЕМЕННЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ
ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ.
ТОК УТЕЧКИ СТП.
ШУМОВЫЕ СВОЙСТВА СТП.
3 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТП
3.1 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ,.
ПОЛУЧЕНИЕ ПЛЕНОК НИОБИЯ, АЛЮМИНИЯ И ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ СТРУКТУР
НА ИХ ОСНОВЕ МЕТОДОМ МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ.
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОГО БАРЬЕРНОГО ОКИСЛА СТРУКТУРЫ Ix, ПОЛУЧЕННОЙ МАГНЕТРОННИМ
РАСПЫЛЕНИЕМ.
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ.
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУР Ix С РАЗЛИЧНЫМИ СПОСОБАМИ ПОЛУЧЕНИЯ ОКИСЛА
3.2 МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ КОНФИГУРАЦИИ СТП.
ПРОЦЕСС
ТАРПРОЦЕСС.
3.3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТОПОЛОГИИ
КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРИБОРОВ НА ОСНОВЕ СТП.
3.4 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЖОЗЕФСОНОВСКИХ СТРУКТУР.
АТОМНОСИЛОВАЯ МИКРОСКОПИЯ
АНОДНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ
СУЩНОСТЬ МЕТОДА АНОДНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ. ФОРМИРОВАНИЕ АНОДНЫХ
ОКИСНЫХ ПЛЕНОК.
АНОДИРОВАНИЕ СЛОИСТОЙ СТРУКТУРЫ
ВЫВОДЫ ж.
4. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ
4.1 ЭКПЕРИМЕНТАЛЬИЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУЧЕННЫХ СТРУКТУР
4.2 ВОЗМОЖНОСТЬ КАЛИБРОВКИ СТП ПОСРЕДСТВОМ
МАГПИТОКАРДИОГРАФИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА СКВИД
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
СХЕМА КАЛИБРОВКИ.
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Разработаны и изготовлены четыре типа тонкопленочных микросхем для спектрографических и фотометрических исследований космического излучения. Разработан и изготовлен стенд для измерения параметров СТП в жидком гелии, включающий криостат, зондовую технику, необходимую электронику, программное обеспечение. Определены характеристики переходов при гелиевых температурах. Способ получения высококачественных пленок и барьерного окисного слоя для дальнейшего формирования СТП и тестовых структур. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийских (Физ. СГУ , ) и Международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники» (Таганрог - Дивноморское ,, ), WOLTE - 6, 7, (Нидерланды , ), научных семинарах CAO РАН и кафедры технологии микро- и наноэлектронной аппаратуры (ТМиНА) ТРТУ. Работа поддержана Федеральным агентством по науке и инновациям в соответствии с государственным контрактом № . По теме диссертации опубликовано печатных работ. Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, изложены научная новизна и практическая ценность работы. В первой главе приведен анализ существующих типов детекторов для оптической астрономии, их классификация, сравнительные характеристики, произведен обзор существующих работ за рубежом, показана динамика развития СТП. Дано обоснование выбора метода формирования тонкопленочных криоэлектронных наноструктур. Рассмотрены различные процессы формирования конфигурации наноструктур, такие как: SNAP - процесс, SNEP -процесс, RHEA - процесс. Рассмотрен ТАР-процесс - выбранный в качестве базового для изготовления СТП. Указаны преимущества и недостатки перечисленных технологических процессов, обоснован выбор процесса с двустадийным анодированием - «ТАР». Вторая глава посвящена расчету параметров СТП, адаптированных под существующую спектральную аппаратуру БТА. Показано, что СТП в сочетании с эшелле решеткой обеспечивает высокое спектральное разрешение. Приведены сравнительные характеристики различных схем. Обоснован выбор схемы эшелле+СТП в терминах потенциального качества, предложены альтернативные варианты применения СТП. Рассмотрено влияние эффекта близости на свойства СТП. Показано, что для детекторов излучений на основе СТП эффект близости (ЭБ) не является однозначно негативным фактором, приводящим к ухудшению свойств сенсоров на основе СТП. Третья глава посвящена отработке тонкопленочной технологии изготовления СТП. Нижний №> - кристаллическая структура, размер зерна и границ зерен, морфология поверхности, напряжения в пленке, примеси, сверхпроводящие характеристики. Слой А1 - кристаллическая структура, морфология, однородность по толщине, напряжения, резкость границы раздела с нижним N6, сплошность покрытия ниобия алюминием. Барьерный слой Ах - состав, наличие примесей, толщина, однородность по толщине, наличие повреждений, связанных с напылением последующих слоев и термической обработкой, диффузионный слой на границе с верхним N6. Верхний № - кристаллическая структура, размер зерна, морфология поверхности, напряжения в пленке, примеси, сверхпроводящие характеристики, резкость границы раздела с Ах. Варьированием основных параметров технологических процессов, таких как: давление в вакуумной камере, скорость напыления, температурные режимы, толщины слоев, время окисления А1 и т. Проведены исследования свойств СТП структур методами атомносиловой микроскопии и «анодной спектроскопии». В четвертой главе приведена методика калибровки СТП с помощью магнитокардиографического комплекса “Б(}иШ” ИК НАНУ. Исследованы вольтамперные характеристики СТП в жидком гелии, при температуре 4,2 К. Достигнутые параметры качества СТП - R/Rn>, Vm= мВ, позволяют полагать, что СТП, изготовленные по данной технологии, могут быть использованы в качестве детекторов фотонов, в том числе в светоприемных устройствах. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников, приложения. Общий объем диссертации 8 стр.