Переключение тонких пленок NbN и YBaCuO импульсами тока и лазерного излучения

Одной из актуальных задач цифровой электроники и техники связи является создание сверхбыстродействующей элементной базы, допускающей высокую степень интеграции при малой рассеиваемой мощности. В настоящее время в импульсной электронике уже освоен пикосекундный диапазон длительностей как на базе полупроводниковых элементов, например туннельных диодов и диодов с барьером Шоттки, так и сверхпроводниковых устройств, прежде всего джозефсоновских элементов [1]. Преимущества сверхпроводниковой электроники перед известными типами полупроводниковых устройств неоспоримы с точки зрения минимизации тепловыделения и большей допустимой плотности расположения элементов, а быстродействие сверхпроводниковых устройств может определяться сверхкороткими фундаментальными временами то (постоянная времени джозефсоновского перехода), те-е и Te-ph (времена электрон-электронного и электрон-фононного взаимодействия). Использование высокотемпературных сверхпроводников открывает новые перспективы для практического использования сверхпроводящей электроники за счет перехода из диапазона температур гелиевой области (~4 К), в область азотных температур (~80 К).

Важным направлением радиофизических исследований является создание быстродействующих переключающих устройств пикосекундного диапазона. Исследования в этой области ведутся для различных типов сверхпроводниковых устройств. Наибольшие успехи здесь достигнуты в разработке элементов, принцип действия которых основан на эффекте Джозефсона. Логические схемы на джозефсоновских контактах, работающие при гелиевых температурах, характеризуются крайне малыми временами переключения и низким уровнем потребляемой мощности. В цифровой электронике на этой элементной базе был создан новый класс устройств быстрой одноквантовой логикиRSFQ (Rapid Single-Flux Quantum) [2], на основе которых разработаны цифровые и цифроаналоговые схемы с тактовой частотой превышающей 80 ГГц на базе низкотемпературных сверхпроводников [3], доказана принципиальная возможность развития RSFQтехнологии на основе высокотемпературных сверхпроводников [4]. Однако технология изготовления джозефсоновских структур сложна, что создает определенные трудности при проектировании и изготовлении ЯБРО большой степени интеграции (>100 джозефсоновских переходов), где необходимым условием является высокая однородность и воспроизводимость параметров используемых пленок.

Другим актуальным направлением является разработка быстродействующих переключающих элементов на основе тонких сверхпроводниковых пленок. Принцип их действия основан на эффекте 8−1Ч-перехода, то есть явлении резкого изменения импеданса сверхпроводниковой пленки при ее переходе из сверхпроводящего состояния в нормальное под действием управляющего сигнала. Для управления состоянием сверхпроводящих тонкопленочных элементов используются различные виды внешнего воздействия: магнитное поле [5], транспортный ток [6], электромагнитное излучение — лазерное и микроволновое [7,8], используются также нелинейные эффекты при воздействии СВЧ-сигнала [9].

Элементы на основе тонких пленок привлекательны из-за относительно дешевой технологии изготовления, простоты управления и допускают высокую степень интеграции. Перенос технических решений на высокотемпературные сверхпроводники не создает принципиальных трудностей. Исследования последних лет показали возможность использования таких элементов на основе как традиционных, так и высокотемпературных сверхпроводников в устройствах коммутации токов, малошумящих ограничителях, модуляторах и фазовращателях СВЧ-сигналов [10,11,12].

Главной характеристикой сверхпроводникового переключающего элемента является его быстродействие, определяемое временами переключения из открытого (сверхпроводящего) в закрытое (нормальное) состояние и обратно, то есть временами 8-К и N-8 переходов. Для ряда применений, например, в ограничителях входного сигнала и обострителях импульсов, достаточно реализовать быстрый переход переключателя в закрытое состояние. В коммутирующих элементах устройств цифровой обработки сигналов необходимо также обеспечить быстрое возвращение переключателя в исходное открытое состояние.

Для сверхпроводящих пленок время Б-Ы перехода определяется механизмом разрушения сверхпроводящего состояния, а время N-8 перехода — механизмами релаксации энергии в пленках. В зависимости от конкретных условий (материала сверхпроводника и подложки, толщины пленки, рабочей температуры, вида и мощности управляющего сигнала) возможна реализация различных механизмов переключения тонкопленочного сверхпроводникового элемента под действием управляющего сигнала.

Импульсное воздействие тока и оптического излучения на сверхпроводниковые пленки широко исследуется радиофизическими методами в течение нескольких десятилетий, как с целью разработки технических устройств, так и для установления природы отклика пленок на управляющее воздействие. В целом механизмы отклика сверхпроводящих пленок на воздействие импульсов тока или электромагнитного излучения в настоящее время можно классифицировать как равновесные (происходящие при равновесии в системе куперовских пар, квазичастиц и фононов), неравновесные (связанные с изменением только электронных состояний) [13,14] или объясняемые эффектами слабой сверхпроводимости (эффектом Джозефсона) [15]. В негранулирован-ных сверхпроводящих пленках при отсутствии слабых связей, возникающих из-за наличия гранул, реализуются два основных механизма отклика: болометрический, связанный с нагревом всей пленки как целого, и неравновесный, связанный с релаксацией энергии квазичастиц [16].

Условием реализации неравновесных эффектов является хороший теп-лоотвод, обеспечивающий быстрый уход из пленки неравновесных фононов. В этом случае возможно существование состояний сверхпроводника, определяемых неравновесными функциями распределения. Неравновесные механизмы можно разделить на два типа.

Первый из них реализуется в «чистых» сверхпроводниках при температуре ниже критической, в которых электрон-фононное взаимодействие доминирует над электрон-электронным. Согласно модели фазового перехода сверхпроводник — нормальный металл под действием сильного оптического излучения [17], Б-ТЧ-переход пленки связан со значительным изменением электронной функции распределения и возникновением неоднородного состояния с чередующимися областями нормальной и сверхпроводящей фаз [18].

Другой неравновесный механизм отклика характерен для «грязных» сверхпроводников, то есть для тонких сверхпроводящих пленок с малой длиной свободного пробега электронов 1е~-5 нм [19]. Из-за наличия структурных дефектов в таких пленках электрон-электронное взаимодействие доминирует над электрон-фононным [20]. Неравновесный эффект в «грязных» сверхпроводниках вблизи критической температуры описывается моделью электронного разогрева [21], согласно которой в условиях отвода неравновесных фо-нонов из пленки на внешнее воздействие реагирует только электронная подсистема, а фононная подсистема остается в равновесии с термостатом. В «грязных» сверхпроводниках функцию распределения электронов и в неравновесном случае можно считать фермиевской. Соответственно, электронную подсистему можно характеризовать температурой 0, отличающейся от температуры фононной подсистемы ТР1г [22], а состояние сверхпроводника при внешнем воздействии описывать с помощью двухтемпературной модели [23].

Экспериментально наблюдаемый отклик пленок на управляющее воздействие определяется кинетикой изменения импеданса пленки. Предложено несколько возможных механизмов появления сопротивления в сверхпроводящей тонкопленочной полоске при воздействии тока и электромагнитного излучения. Процессы, за счет которых происходит изменение импеданса образца, можно объяснить образованием резистивного домена [24], образованием центров проскальзывания фазы [25], изменением скорости движения магнитных вихрей [26], распариванием пар вихрь-антивихрь [27 ] или неравновесным откликом на слабых связях [28].

В однородной ситуации изменение сопротивления происходит равномерно по всему объему пленки. В неоднородной ситуации изменение сопротивления происходит локально в «слабых» местах пленки, связанных с пространственной или качественной неоднородностью пленки. Резистивное состояние сверхпроводника не является однородным, так как в этом состоянии сверхпроводник разбивается на нормальные и сверхпроводящие области. Если характерный размер резистивных областей мал по сравнению с размерами пленки, а их число достаточно велико, то такое состояние можно считать квазиоднородным и можно пренебречь пространственной неоднородностью величин, использующихся в тепловой модели: теплоемкостью, тепловыделением, теплоотводом. Для пленок малых размеров необходимо учитывать пространственную неоднородность нагрева, обусловленную особенностями рези-стивного состояния сверхпроводника.

Особый интерес с точки зрения достижения высокого быстродействия сверхпроводниковых устройств представляет принцип действия, основанный на реализации неравновесных эффектов. В последние годы получил развитие новый класс устройств, принцип действия которых основан на эффекте электронного разогрева. Работа этих устройств основана на явлении сильной зависимости сопротивления тонкой сверхпроводниковой пленки от электронной температуры. Основной элемент таких устройств получил название «элек-тронно-разогревный болометр», или НЕВ (hot electron bolometer), соответственно эти устройства в современной литературе стали известны как НЕВ-приборы. Они уже нашли себе применение в сверхпроводящей электронике как в качестве детекторов [29, 30] и смесителей [31] излучения, так и переключательных элементов [32,33] и устройств управления СВЧ-излучением [34].

Быстродействие НЕВ-приборов определяется скоростью остывания электронной подсистемы. Если релаксация энергии электронной подсистемы происходит за счет электрон-фононного взаимодействрш при дальнейшем уходе неравновесных фононов из пленки в подложку, то осуществляется так называемый фононный канал охлаждения [35]. Быстродействие НЕВ определяется в этом случае временем электрон-фононного взаимодействия, которое зависит от материала сверхпроводника и рабочей температуры. В области гелиевых температур xc. Ph для различных сверхпроводников составляет 10″ 11−10~8 с, соответственно и быстродействие НЕВ-приборов с фононным каналом охлаждения может лежать в субнаносекундном диапазоне [36]. Другой механизм охлаждения реализуется в сверхпроводящих пленках малой длины Ь, меньшей длины диффузии электронов. В этом случае релаксация температуры электронной подсистемы происходит за счет ухода «разогретых» электронов в «холодные» металлические контакты, то есть осуществляется диффузионный канал охлаждения [37]. Постоянная времени НЕВ-прибора в этом случае пропорциональна 1Я.

При переключении в условиях электронного разогрева скорость нагрева электронной подсистемы зависит от мощности воздействия и теплоемкости (при этом электронная теплоемкость может быть гораздо меньше фононной), а скорость ее остывания при фононном канале охлаждения определяется временем электрон-фононного взаимодействия те-р11* Использование сверхпроводниковых материалов с тс-Р1г пикосекундного диапазона позволит создать НЕВ-переключатели, способные конкурировать по быстродействию с полупроводниковыми и джозефсоновкими ключами. Необходимым условием работы сверхпроводящего переключателя в цифровых устройствах является наличие двух устойчивых состояний элемента. До сих пор такие устройства были реализованы только на эффектах слабой сверхпроводимости [10], где использовались сверхпроводящие туннельные переходы с джозефсоновским критическим током. Наличие гистерезисных вольт-амперных характеристик у тонкопленочных переключателей позволяет использовать их в качестве биста-бильных элементов в цифровых схемах. Преимуществом НЕВ-переключателей является также возможность оптического управления их состоянием, что позволит использовать их в устройствах обработки информации для сопряжения с линиями волоконной оптической связи. Важными преимуществами тонкопленочных элементов по сравнению с джозефсоновскими ключами являются существенно более простая технология изготовления, возможность варьирования электрических характеристик путем геометрического масштабирования, отсутствие паразитных реактивностей многослойных структур. В настоящее время достигнуты большие успехи в разработке быстродействующих НЕВ-детекторов, неселективных к длине волны излучения [29,30]. В случае успешной разработки ключей на базе тех же пленок станет возможным создание интегральных сверхпроводящих схем с оптическим вводом сигналов на единой элементной базе в едином технологическом процессе.

Перспективным материалом для создания быстродействующих НЕВ-ключей гелиевого диапазона температур является такой технологичный и традиционно используемый в переключающих элементах материал, как нитрид ниобия (ТЧЫЧ). Большое поверхностное сопротивление №>К позволяет получать большие перепады сопротивления при 8-]Ы-переключении 1ЧЬ]Ч-пленки, а короткие времена гс-Р1, (~50 пс при Т=4,2 К и -15 пс при Т=10 К [29]) позволяют достичь высокого быстродействия при реализации электронно-разо-ревного принципа действия №>1Ч-ключа. Создание высокотемпературных НЕВ-ключей возможно на основе пленок наиболее изученного ВТСП-материала — УВаСиО, имеющего тс. р1г ~1 пс при Т=80 К [38].

В реальных условиях при работе НЕВ-устройств кроме электронно-разогревного отклика присутствует также болометрическая компонента, ухудшающая характеристики устройств.

Таким образом, актуальной задачей является выяснение возможности реализации электронно-разогревного механизма при переключении тонких сверхпроводниковых пленок, создание быстродействующих НЕВ-ключей и разработка оптимальных режимов управления, обеспечивающих их максимальное быстродействие.

Целью диссертационной работы являлось выяснение механизмов переключения тонких сверхпроводниковых пленок при различных видах внешнего воздействия (импульсном токовом и оптическом воздействии).

Для достижения поставленной цели было проведено комплексное экспериментальное исследование временной динамики перехода тонких пленок и УБаСиО из сверхпроводящего состояния в нормальное под действием импульсов электрического тока и лазерного излучения, а также обратного перехода при снятии импульсного воздействия.

Объектом исследования являлись пленки ТЧЬИ толщиной порядка нескольких нанометров на подложках из сапфира, изготовленные технологической группой проблемной радиофизической лаборатории Московского Педагогического Государственного Университета и эпитаксиальные пленки УВа^СизОу.а толщиной порядка нескольких десятков нанометров на подложках из циркония (2Юз) и из галлата неодима (КсЮаОз), изготовленные в ИПФ РАН (г. Нижний Новород) и в Чалмерском технологическом университете (Швеция). Пленки были структурированы в виде мостиков микронных размеров.

Научная новизна работы определяется следующими наиболее важными из полученных результатов.

1. Показана возможность реализации электронно-разогревного механизма переключения тонких пленок №>ТЧ и УВаСиО из сверхпроводящего состояния в стационарное нормальное или резистивное состояние при импульсном токовом и оптическим воздействии.

2. Установлено, что при импульсном токовом воздействии на тонкие пленки N1)14 время переключения в стационарное состояние не зависит от надкритичности импульса тока и лежит в субнаносекундном диапазоне (~ 0,5 не), а величина достигаемого стационарного сопротивления определяется надкритичностыо воздействия 1/1с. Время переключения тонкопленочных мостиков в нестационарное резистивное состояние с определенным сопротивлением зависит от надкритичности воздействия и может лежать в пи-косекундном диапазоне.

3. Показано, что механизм отклика тонкопленочных мостиков на импульсное токовое воздействие определяется кинетикой развития теплового домена. Время токового Б-ТЧ-переключения определяется движением границ резистивной области. Экспериментальные результаты хорошо соответствуют расчетам, проведенным в рамках модели неоднородного нагрева.

4. Экспериментально установлено, что при импульсном оптическом воздействии результат действия лазерного излучения с длиной волны 0,85 мкм и длительностью импульса 20 пс на пленки ММ пороговым образом зависит от мощности воздействия. При пороговой мощности излучения механизм оптического переключения аналогичен механизму токового переключения, время переключения определяется динамикой развития теплового домена и лежит в субнаносекундном диапазоне (= 0,4 не). При сверхпороговой мощности излучения реализуется неравновесный элктронно-разогревный механизм переключения, время 8−1Ч-переключения лежит в пикосекундном интервале (<0,1 не).

5. Показано, что при совместном действии на тонкопленочные мостики ИЬК докритичных импульсов тока и сверхпорогового лазерного излучения изменение сопротивления происходит в два этапа — быстрый (пикосекунд-ный), определяемый процессами электронного разогрева и медленный (нано-секундный), обусловленный болометрическим механизмом. Динамика изменения сопротивления хорошо описывается в рамках двухтемпературной модели.

6. Впервые обнаружен и исследован субнаносекундный процесс токового переключения тонкой пленки УВаСиО из сверхпроводящего в нормальное состояние и обратно, проявляющийся на фоне нагрева пленки током. Показано, что при импульсном токовом воздействии изменение сопротивления пленок УВаСиО толщиной порядка 50 нм происходит в два этапа — быстрый (пикосекундный), определяемый процессами электронного разогрева и медленный (наносекундный), обусловленный болометрическим механизмом.

Эти положения выносятся на защиту.

Практическая значимость работы состоит в следующем:

1. Экспериментально доказана возможность использования электронно-разогревного эффекта для быстрого (субнаносекундного) управления состоянием тонких пленок и УВаСиО импульсами тока и лазерного излучения.

2. Предложены различные режимы управления тонкопленочным сверхпроводниковым элементом при совместном токовом и оптическом воздействии.

3. Оценена перспектива создания и применения пикосекундных переключателей на основе тонких пленок 1ЧЬК и УВаСиО микронных размеров, управляемых импульсами тока и/или лазерного излучения.

Основные результаты исследования докладывались на следующих конференциях:

• Международной конференции по оптоэлектронике и лазерной технике OE/LASE'94 (SPIE'S international Symposium), Los Angeles, California, USA, 22−29 January 1994;

• Международной конференции по прикладной сверхпроводимости ASC'94 (Applied Superconductivity Conference), Boston, MA, USA, 1994;

• Международной конференции по прикладной сверхпроводимости ASC'96 (Applied Superconductivity Conference), Pittsburgh, USA, August 25−30, 1996;

• Международной конференции по нелинейной оптике ICONO'98 (XVI International Conference on Coherent and Nonlinear Optics), Москва, Россия, 29 июня- 3 июля 1998;

• Совместном германо-российско-украинском семинаре по высокотемпературной сверхпроводимости (Trilateral German-Russian-Ukrainian Seminar on High Temperature Superconductivity), Нижний Новгород, Россия, 11−15 сентября 1998;

• Международной конференции по прикладной сверхпроводимости ASC'98 (Applied Superconducting Conference), Palm Desert, California, USA, Sept. 13−18 1998.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Гершензон Е. М., Гольцман Г. Н., Дзарданов A. JL, Елантьев А. И., Милост-ная И. И. Окунев О.В. Исследование процессов S-N-переключения тонких пленок NbN импульсами электрического тока // СФХТ, 1994, т.5, № 5, сс.890−902.

2. Karasik B.S., Zorin М.А., Milostnava I.I. ElantevA. L, Gol’tsman G.N., Gershenzon E.M. Evidence of subnanosecond transition stage in S-N current switching of YBaCuO films // Proc. SPIE, 1994, vol.2160, pp.74−82.

3. Karasik B.S., Milostnava I.I., Zorin M. A., ElantevA. L, Gol’tsman G.N., Gershenzon E.M. Subnanosecond S-N and N-S switching of YBCO film induced by current pulse // Physica C, 1994, vol.235 -240, pp. 1981;1982.

4. Karasik B.S., Zorin M.A., Milostnava T.T. Elantev A.I., Gol’tsman G.N., Gershenzon E.M. Subnanosecond switching of YBaCuO films between superconducting and normal states induced by current pulse // J.Appl.Phys., 1995, vol.77, No.8, pp.4064−4070.

5. Karasik B.S., Milostnava 1.1. Zorin M.A., Elantev A.I., Gol’tsman G.N., Gershenzon E.M. High Speed Current Switching of Homogeneous YBaCuO Film Between Superconducting and Resistive States // IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 1995, vol.5, No.2, pp.3042−3045.

6. Zorin M., Milostnava I., Gol’tsman G.N., Gershenzon E.M. Fast NbN Superconducting Switch Controlled by Optical Radiation // IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 1996, vol.7, No.2, pp.3734−3737.

7. Verevkin A.A., Tl’in K.S., Cherednichenko S., Milostnava I.I., Radchenko O.A., Gol’tsman G.N., Gershenzon E.M., Lindgren M., Currie M., ZengW.-S., Sobolewski R. Fast NbN Hot-Electron Photodetector For Fiber Optics // Тезисы IX Совместного германо-российско-украинского семинара по высокотемпературной сверхпроводимости, Нижний Новгород, Россия, 11−15 сентября 1998, С. 45.

8. Шп K.S., Milostnava I.I. Verevkin А.А., Gol’tsman G.N., Gershenzon E.M., Sobolewski R. Ultimate Quantum Efficiency and Performance of NbN superconducting Hot Electron Detectors // Тезисы XVI Международной конференции по нелинейной оптике ICONO'98 (XVI International Conference on Coherent and Nonlinear Optics), Москва, Россия, 29 июня- 3 июля 1998, с. 92.

9. Il’in K.S., Milostnava 1.1. Verevkin A.A., Gol’tsman G.N., Gershenzon E.M., Sobolewski R. Ultimate Quantum Efficiency of a Superconducting Hot-Electron Photodetector//Appl. Phys. Lett., 1998, vol.73, No.26, pp.3938−3940.

10. Il’in K.S., Currie M., Lindgren M., Milostnava 1.1. Verevkin A.A., Gol’tsman G.N., Sobolewski R. Quantum Efficiency and Time-Domain Response of Superconducting NbN Hot-Electron Photodetectors // IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 1999, vol.9, No.2, pp.3338−3341.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Объем работы составляет 160 страниц печатного текста, из них основной текст 140 страниц, в том числе 30 стран иге рисунков и 5 таблиц.

Список литературы

содержит 137 работ отечественных и зарубежных авторов.

4.6. Выводы.

Результаты исследований, изложенные и обсужденные в Главе 4, позволяют сделать следующие выводы:

1. При воздействии имульсов тока с фронтами ~ 400 пс на тонкие пленки УВаСиО в изменении сопротивления пленки как при ее Б — 14, так и при N — 8 переходе наблюдаются два этапа: быстрый и медленный. Быстрый этап имеет субнаносекундную длительность (менее 400 пс), медленный этап имеет длительность порядка нескольких наносекунд. Величина изменения сопротивления пленок на быстром этапе при Б — N переходе увеличивается с ростом амплитуды тока. При N — Б-переходе субнаносекундный этап более заметно проявляется при малой длительности импульсов тока.

2. Двухэтапный процесс изменения сопротивления пленки хорошо описывается в рамках двухтемпературной модели как для 8-ТЧ, так и для N-8 перехода пленки. Быстрый субнаносекундный этап изменения сопротивления соответствует изменению температуры электронной подсистемы, медленный этап изменения сопротивления в наносекундном масштабе соответствует изменению температуры всей пленки как целого. Расчеты с помощью двухтемпературной модели, учитывающей изменение температур электронной и фо-нонной подсистем при воздействии на пленку импульсов тока, хорошо соответствуют результатам эксперимента.

3. Проведенные оценки показали, что эффект электронного разогрева может служить основой для достижения высокой скорости переключения. При этом время Б-ГЧ переключения определяется рассеянной в пленке энергией, она ограничена только временем термализации электронной подсистемы и может достигать пикосекундных значений. При условиях, когда при воздействии электронная температура незначительно превышает Тс в то время как фононная температура не достигает величины Тс, N — Б преюпоче-ние также может быть очень быстрым, оно ограничивается временем элек-трон-фононного взаимодействия тс. Р|, и может лежать в пикосекундном диапазоне.

4. Механизм быстрого токового переключения в пленках ВТСП может быть использован для создания пикосекундных переключателей. Основным фактором, ограничивающим максимальную частоту повторения такого устройства, является нагрев кристаллической решетки материала. Путем повышения быстродействия и уменьшения средней рассеиваемой мощности практических устройств являются уменьшение толщины пленки и выбор подложек с максимальным акустическим согласованием со сверхпроводниковой пленкой.

Заключение

.

Результаты проведенных исследований позволяют сделать следующие выводы:

1. Показана возможность реализации электронно-разогревного механизма переключении тонких пленок ЫЬМ и УВаСиО из сверхпроводящего состояния в стационарное нормальное или резистивное состояние при импульсном токовом и оптическим воздействии.

2. Установлено, что при импульсном токовом воздействии на тонкие пленки время переключения в стационарное состояние не зависит от надкритичности импульса тока и лежит в субнаносекундном диапазоне 0,5 не), а величина достигаемого стационарного сопротивления определяется надкритичностью воздействия 1/1с. Время переключения тонкопленочных мостиков в нестационарное резистивное состояние с определенным сопротивлением зависит от надкритичности воздействия и может лежать в пикосекундном диапазоне.

3. Показано, что механизм отклика тонкопленочных мостиков ИЬК на импульсное токовое воздействие определяется кинетикой развития резистивного домена. Время токового Б-М-переключения определяется движением границ резистивной области. Экспериментальные результаты хорошо соответствуют расчетам, проведенным в рамках модели неоднородного нагрева.

4. Экспериментально установлено, что при импульсном оптическом воздействии результат действия лазерного излучения с длиной волны 0,85 мкм и длительностью импульса 20 пс на пленки М>14 пороговым образом зависит от мощности воздействия. При пороговой мощности излучения механизм оптического переключения аналогичен механизму токового переключения, время переключения определяется динамикой развития теплового домена и лежит в субнаносекундном диапазоне (= 0,4 не). При сверхпороговой мощности излучения реализуется неравновесный электронно-разогревный механизм переключения, время S-N-переключения лежит в пикосекундном интервале (<0Д не).

5. Показано, что при совместном действии на тонкопленочные мостики NbN докритичных импульсов тока и сверхпорогового лазерного излучения изменение сопротивления происходит в два этапа — быстрый (пикосекундный), определяемый процессами электронного разогрева и медленный (наносекундный), обусловленный болометрическим механизмом. Динамика изменения сопротивления хорошо описывается в рамках двухтемпературной модели.

6. Впервые обнаружен и исследован субнаносекундный процесс токового переключения тонкой пленки УВаСиО из сверхпроводящего в нормальное состояние и обратно, проявляющийся на фоне нагрева пленки током. Показано, что при импульсном токовом воздействии изменение сопротивления пленок YBaCuO толщиной порядка 50 нм происходит в два этапа — быстрый (пикосекундный), определяемый процессами электронного разогрева и медленный (наносекундный), обусловленный бол о метр иче ски м механ изм о м.

7. Оценена перспектива создания и применения пикосекундных переключателей на основе тонких пленок NbN и YBaCuO микронных размеров, управляемых импульсами тока или лазерного излучения. Рассмотрены различные режимы управления тонкопленочным сверхпроводниковым элементом при совместном токовом и оптическом воздействии. $ $ ** * ** * * * # * * * * *.

Работа выполнена в Проблемной радиофизической лаборатории Московского Педагогического Государственного Университета. Автор выражает глубокую благодарность своим научным руководителям профессору, члену-корреспонденту РАО Е. М. Гершензону и профессору Г. Н. Гольцману за внимательное руководство, а также искреннюю признательность всем сотрудникам ПРФЛ за помощь в выполнении работы и дружеское участие.