Тонкопленочные структуры "молибден-медь" с эффектом близости и сверхпроводниковым переходом для сверхчувствительных субмиллиметровых болометров

• Автор: Коваленко, Алла Григорьевна
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 117 с. : ил.

1.1.1 Задачи субмиллиметровой радиоастрономии

1.1.2 Пути повышения чувствительности прямых детекторов

болометроав субмиллиметрового диапазона

1.2 Болометры на разогреве электронов субмиллиметрового

диапазона на основе сверхпроводниковых структур

1.2.1 Эффект близости в двухслойных структурах сверхпро

водникнормальный металл

1.2.2 Эффект андреевского отражения электронов на границе

нормальный металлсверхпроводник и смешанное состояниесверхпроводник

1.2.3 Болометр на основе пленки из нормального металла, сверпроводниковых контактов электродов и перехода сверхпроводникизоляторнормальный металл СИНперехода
1.2.4 Сверхпроводниковый фазовый переход в тонкопленочных структурах однослойных сверхпроводниковых и двухслойных сверхпроводникнормальный металл с эффектом близости. Датчик на краю сверхпроводникового фазового перехода ДКП и болометр на его основе
1.2.5 Сравнение болометра на основе пленки из нормального металла и болометра на основе тонкопленочной двухслойной структуры сверхпроводникнормальный металл с эффектом близости
1.3 Рефрижераторы для сверхнизкотемпературных прямых детекторов
1.3.1 Рефрижераторы на основе адиабатического размагничивания парамагнитных солей
1.3.2 Сорбционные рефрижераторы на гелии
1.4 Методы получения тонкопленочных металлических структур
1.5 Постановка задачи диссертационной работы
Глава И. Получение тонкопленочных структур молибден
медь с эффектом близости и сверхпроводниковым фазовым
переходом при сверхнизких температурах 0,1 0,4 К
II. 1. Общие требования, предъявляемые к металлическим
двухслойным структурам
.2. Оборудование для изготовления двухслойных
тонкопленочных структур
.3. Описание процесса получения двухслойных
тонкопленочных структур
.3.1. Изготовление образцасвидетеля и контроль толщины
.3.2. Напыление двухслойных структур
Глава III. Измерение температурных зависимостей сопротив ления тонкопленочных двухслойных структур сверхпроводникнормальный металл
III. 1 Измерительная установка
1.1.1 Измерительный рефрижератор сверхнизких температур
III. 1.2 Электрическая схема измерений.
III.2 Полученные результаты измерений, температурных
зависимостей сопротивления двухслойных структур молибденмедь
Глава IV. Оценка чувствительности болометра на основе датчика на краю сверхпроводникового фазового перехода ДКП по результатам измерений температурных зависимосей сопротивления тонкопленочных двухслойных структур
IV. 1 Вычисление вольтамперных и вольтваттных характе
У.2 Вычисление токового отклика болометров на
поглощенное микроволновое излучение.
У.З Оценка предельной чувствительности болометров
Заключение. Основные результаты диссертации
Приложения
Публикации по теме диссертационной работы
Список цитированной литературы


До настоящего времени такие исследования выполнялись в очень ограниченном объеме, поскольку атмосфера Земли практически непрозрачна для подобных длин волн и, кроме того, она сама излучает шум на тех же частотах, что еще более ограничивает возможности приема космического субмиллиметрового излучения. С целью преодоления названных обстоятельств в ряде стран в США, Европе, Японии и России проект Субмиллиметрон планируются космические миссии с установкой телескопов субмиллиметрового диапазона с приемной аппаратурой на космических носителях с целью выноса их за пределы атмосферы. Рп ВтГцш и лучше. X 0,5 X 0,1 мкм , Т. К. РпрООл х . Наиболее перспективными являются болометры на разогреве электронов, где поглотителем является датчик на краю сверхпроводнинового перехода ДКП ii , при наличии андреевского отражения электронов на границе поглотителя и электродов, выполненных из сверхпроводника с высокой критической температурой. Андреевское отражение обеспечивает сохранение энергии, полученной электронами от излучения, в поглотителе и увеличивает тем самым эффективность разогрева электронов. Для изготовления таких болометров должны быть применены структуры, у которых температура края сверхпроводникового перехода находится в указанном выше интервале сверхнизких температур и соответствует рабочей температуре применяемого рефрижератора. Удовлетворить этому требованию можно путем применения двухслойных структур сверхпроводникнормальный металл, в которых действует эффект близости. За счет этого эффекта, выбирая толщины слоев, можно обеспечить требуемую температуру края сверхпроводникового перехода. В.2. Цель и задачи исследования. Целью данной диссертации является разработка лабораторной методики получения и тестирования тонкопленочных структур сверхпроводникнормальный металл с эффектом близости и сверхпроводниковым фазовым переходом для создания на их основе сверхчувствительных ДКП болометров на разогреве электронов с андреевским отражением. В.З. Научная новизна работы. Впервые получены тонкопленочные структуры молибденмедь, работающие на основе эффекта близости. Впервые выполнены измерения температурной зависимости сопротивления полученных структур при сверхнизких температурах ,6К. На основе уравнения баланса энергии электронов в исследованных структурах и вычисленных вольтамперных характеристик получено уточненное выражение для токового отклика на падающее излучение ДКП болометров. В.4. Практическая ценность работы. Разработана лабораторная методика получения тонкопленочных двухслойных металлических структур молибденмедь с заданной критической температурой 0,,1 К. Эти структуры могут быть использованы в качестве чувствительного элемента болометра. Эти методики позволяют производить оперативный отбор болометров перед их установкой в радиометр, что упрощает тестирование приборов. В.5. Личный вклад диссертанта в данную работу. Изготовлена большая партия таких структур для исследования. Выполнены исследования вышеуказанных пленок на микроскопе атомных сил и растровом электронном микроскопе. Совместно с соавторами А. Н. Выставкин, В. В. Дмитриев, В. В.Завьялов, С. А. Ковтонюк разработана методика и проведены измерения температурных зависимостей сопротивления изготовленных двухслойных структур при сверхнизких температурах 0, 1,0 К. Совместно с соавторами А. Н.Выставкин, С. А. Ковтонюк разработана методика и выполненен расчет вольтамперных и вольтваттных характеристик возможных болометров на основе изготовленных и исследованных в данной работе структур, токового отклика таких болометров, а также дана оценка их предельной чувствительности. В.6. Положения, выносимые на защиту. Экспериментально показано, что возможно получение на основе эффекта близости тонкопленочных двухслойных структур сверхпроводникнормальный металл со сверхпроводниковым фазовым переходом при заданной критической температуре. Экспериментально исследовано влияние толщин слоев сверхпроводника и нормального металла для выбранных материалов молибденмедь на значение критической температуры двухслойной структуры, определена необходимая точность толщин слоев. При использовании предложенной в работе технологии изготовления, получены качественные и надежные структуры с Тк0,,4К, что соответствует рабочим температурам рефрижераторов.