Сверхпроводниковые гетеродинные детекторы терагерцового диапазона на основе тонких пленок нитрида ниобия
Диссертация
С радиотехнической точки зрения НЕВ — смеситель с фононным каналом охлаждения осуществляет нелинейное инерционное преобразование частоты. При этом, поскольку энергетическая щель в сверхпроводящей пленке в резистивном состоянии сильно подавлена и число квазичастиц велико, поглощение терагерцового излучения осуществляется почти так же, как если бы пленка находилась в нормальном состоянии и слабо… Читать ещё >
Список литературы
- V. Belitsky «MM and sub-mm instrumentation for radio astronomy,» presented on Masers and Molecules workshop, Sept. 18−19, 2003, Sarohus, Sweden
- J. Black «Scientific drivers for APEX,» presented on Masers and Molecules workshop, Sept. 18−19, 2003, Sarohus, Sweden
- R. L. Brown, «Technical specification of the millimeter array,» Proc. SPIE-Int. Soc. Opt. Eng., no. 3357, pp. 231−441, 1998.
- SOFIA home page: http//sofia.arc.nasa.gov/
- TELIS home page: http://telis.af.op.dlr.de/
- N. Wyborn, «The HIFI heterodyne instrument for FIRST: Capabilities and performance,» in Eur. Space Agency Symp., Grenoble, France, Apr. 15−17, 1997, pp. 19−24.
- D. Leisawitz et al., «Scientific motivation and technology requirements for the SPIRIT and SPECS far-infrared/submillimeter space interferometers» in Proc. SPIE, vol. 4013, Munich, Germany, Mar. 29−31, 2000, pp. 36−46.
- J.R.Tucker and M.J.Feldman, «Quantum detection at millimeter wavelength», Rev. Mod. Phys., v.57, p.1055, 1985.
- J. Zmuidzinas, H.G. LeDuc, IEEE Trans. MTT, 1992, v.40, p. 1797
- C.Y.E. Tong, R. Blundell, B. Bumble, J. Stern, H. Leduc," Sub-mm distributed quasipartical receiver employing a non-linear transmission line," Proc. 7th Int. Symp. on Space Terahertz Technology, p.47, Charlottesville, Virginia, USA, March 1996
- C.Y.E. Tong, R. Blundell, S. Paine, D.C. Papa et al., «Design and characterization of 200−300 GHz fixed tuned SIS receiver,» IEEE Trans, on Micr. Theory and Tech., v. 44, num.9, pp. 1548−1566, 1996.
- A. Karpov, J. Blondel, M. Voss, and K. Gundlach", IEEE Trans. Appl. Supercond., v.9, p.4456, 1999.1. Т)
- G. Chattopadhyay, F. Rice, D. Miller, H.G. LeDuc, and J. Zmuidzinas,"A 530-GHz Balanced Mixer," IEEE Microwave and Guided Wave Lett., vol. 9, no. 11, pp.467−469, Nov. 1999.
- B. Jackson, A. Baryshev, G. de Lange et al., «Low noise 1 THz SIS mixer incorporated a NbTiN/Si02/Al tuning circuit, „Appl. Phys. Lett., vol. 79, num.3,2001.
- A. Karpov, D. Miller, F. Rice, J. Zmuidzinas et al.,“ Low noise 1.2 THz SIS receiver», Proc. 12th Int. Symp. on Space Terahertz Technology, p.21, San Diego, CA, USA, 2001
- M.C. Gaidis, H.M. Pickett, C.D. Smith, et al., IEEE Trans. MTT, 2000, v.48, p. 733.
- P.H. Siegel, R.P. Smith, M.C. Gaidis, S.C. Martin, IEEE Trans. MTT, 1999, v.47, No. 5, p. 596.
- В.Г. Божков, B.A. Геннеберг, Ю. А. Дрягин, Л. И. Федосеев, Известия вузов. Радиофизика, 1999, Т. 42, № в, С. 573.
- Т. Newman, W.L. Bishop, T.Ng. Kwong, S. Wainreb, IEEE Trans. MTT, 1991, v.39, No. 12, p. 1964.• 21. J.L. Hesler, W.R. Hall, T.W. Crowe, et al., IEEE Trans. MTT, 1997, v.45,1. No. 5, p. 653.
- K. Hui, et al., IEEE Microwave and Guided Wave Lett., 2000, V.10, No. 9, p. 374.
- J.L. Hesler, Proc. of 11th of Space Terahertz Technology, Ann Arbor, MI, USA, 2000, p.139.
- J. Oswald et al., IEEE Microwave and Guided Wave Lett., 1998, V.8, No. 6, p. 232.
- A.L. Betz, R.T. Boreiko, Proc. of 7th of Space Terahertz Technology, 1996, p.503.
- E. M. Гершензон, M. E. Гершензон, Г. H. Гольцман, А. Д. Семенов, А. В. Сергеев, «Разогрев квазичастиц в сверхпроводящей пленке, находящейся в резистивном состоянии» // Письма в ЖЭТФ. 1981. Т. 34. Вып. 5. С. 281−285.
- Е. М. Гершензон, М. Е. Гершензон, Г. Н. Гольцман, А. Д. Семенов, А. В. Сергеев, «Разогрев электронов в резистивном состоянии сверхпроводника под действием электромагнитного излучения» // ЖЭТФ. 1984. Т. 86. Вып. 2. С. 758−774.
- Е. М. Гершензон, М. Е. Гершензон, Г. Н. Гольцман, А. Д. Семенов, А. В. Сергеев, «Неселективное воздействие электромагнитного излучения на сверхпроводящую пленку в резистивном состоянии» // Письма в ЖЭТФ. 1982. Т. 36. Вып. 7. С. 241−244.
- V> 32. D. Prober, «Superconducting terahertz mixer using a transition-edgemicrobolometer» Appl.Phys.Lett. 62(17), 2119, 1993.
- A. Skalare, W. R. McGrath, B. Bumble, H. G. LeDuc, P. Burke, A. Verheijen, R. Schoelkopf, D. Prober, «Large bandwidth and low noise in a diffusion-cooled hot-electron bolometer mixer», Appl.Phys.Lett. 68, 1558,• 1996.
- B.S. Karasik, K.S. Il’in, «Diffusion cooling mechanism in a hot-electron
- NbC microbolometer mixer», Appl.Phys.Lett. 68, 2285, 1996.
- G. N. Goltsman, A. D. Semenov, «Non-thermal response of a diffusion-cooled hot-electron bolometer», J. Appl. Phys. 87, 502 (2000).
- E.M.Gershenzon, G.N.Gol'tsman, A.I.Elant'ev, B.S.Karasik, and S.E.Potoskuev, «Intense Electromagnetic Radiation Heating of Electrons of a Superconductor in the Resistive State,» Sov. J. Temp. Phys., 14(7), 414 420, 1988.
- A.D. Semenov, H.-W. Hubers, H. Richter, K.V. Smirnov, G.N. Gol’tsman, N.S. Kaurova, B.M. Voronov, «Superconducting hot-electron bolometermixer for terahertz heterodyne receivers», Proc. of 14 Int. Symp. on Space
- Terahertz Technology, Tucson, Arizona, April 2003, pp. 405−412
- V> 41. K.S. Yngvesson, C.F. Musante, M. Ji, F. Rodriguez, Y. Zhuang, E.
- GerechtM. Coulombe, J. Dickinson, T. Goyette, and J. WaldmanC. K.
- WalkerA. Stark and A. Lane, «Terahertz receiver with NbN HEB device (TREND) — a low-noise receiver user instrument for AST/RO at the south pole», «, Proc. of 12 Int. Symp. on Space Terahertz Technology, San Diego,• CA, Febr. 2001, pp. 26−37.
- J) 44. S. Cherednichenko, M. Kroug, P. Khosropanah, A. Adam, H. Merkel,
- E.Kolberg, D. Loudkov, B. Voronov, G. Gol'tsman, H. Richter, H.-W.Huebers «A broadband terahertz heterodyne receiver with an NbN HEB mixer» Proceedings of the 13th Int. Symp. on Space Terahertz Technology, Massachusetts, Cambridge, pp. 85−95, 2002.
- C.M. Зи. Физика полупроводниковых приборов: Пер. с англ./ Под ред. P.A. Суриса. М.: Мир, 1984.
- Н.С. Torrey, С.А. Whitmer. Crystal rectifiers. New York: McGraw-Hill, 1. T' 1948.
- S. Maas «Microwave mixers», Artech House, Boston 1993.
- L.E. Dickens, «Spreading resistance as a function of frequency», IEEE
- Trans. MTT, 1967, V.15, No. 2, p. 101.
- E.R. Caelson, M.V. Schneider, T.F. McMaster, «Subharmonically pumped millimeter wave mixers», IEEE Trans. MTT, 1978, V.26, No. 10, p. 706.
- K.S. Champlin, D.B. Armstrong, P.D. Gunderson, Proc. IRE. 1964, v. 52, p. 677.
- A. Kreisler, M. Pyee, M. Redon, Int. J. Of Infrared and Millimeter Waves, • 1984, V. 5, No. 4, p. 559.
- M.V. Schneider, E.R. Carlson, Electron. Lett. 1977, V. 13, p. 745.
- G.T. Wrixon, W.M. Kelly, Infrared Phys. 1978, V. 18, p. 413.
- В.Г. Божков, B.A. Геннеберг, К. И. Куркан, В. И. Перфильев, Электронная промышленность, 2001, № 5, с. 77.
- T.W. Crowe, R.J. Mattauch, Н.Р. Roser, et al., Proc. IEEE, 1992, V. 80, No. 11, p. 1827.
- S.P. Molodnyakov, V.l. Shashkin, et al., Proc. of Int. Device Res. Symp., 1993, V. 2, p. 377.
- P. H. Siegel, Terahertz Technology, Proc. IEEE, vol. 50, No. 3, March 2002, pp. 910−928.
- И.О. Кулик, И. К. Янсон. Эффект Джозефсона в сверхпроводящих туннельных структурах. М.: Наука, 1970.
- S. Morahashi, F. Shinoki, A. Shoji, et al., High Quality Nb/Al-A10x/Nb Josephson Junction, Appl. Phys. Lett., 1985, V.46, p. 1179−1181.
- H.D. LeDuc, A. Judas, S.R. Cypher, В. Bumble, B.D. Hunter, J.A. Stern, Submicron Area NbN/MgO/NbN Tunnel Junctions for SIS Mixerr. t
- Applications, IEEE Trans. On Magn., 1991, V. MAG-27, no. 2, p. 31 923 195.
- J. Zmuidzinas, H.D. LeDuc, Quasi-Optical Slot Antenna SIS Mixers,
- Proceedings of the 2nd Int. Symp. on Space Terahertz Technology, pp. 481 490, 1991.
- W.R. McGrath, H.H.S. Javadi, S.R. Cypher, B. Bumble, H.D. LeDuc, Low-Noise 205 GHz SIS Mixer Using High Current Density Nb and NbN Tunnel Junctions, Proceedings of the 2nd Int. Symp. on Space Terahertz V> Technology, pp. 423−437, 1991.
- S.K. Pan, A.R. Kerr, M.J. Feldman, A. Kleinsasser, J. Stasiak, L. Sandstrom, W.J. Gallagher, A 85−116 GHz SIS Receiver Using Inductively Shunted Edge-Junctions, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., 1989, V. MTT-37,1. NO. 3, p. 580−582.
- G.de Lange, J.J. Kuipers, T.M. Klapwijk et al., J. Appl. Phys., vol. 77, p. 1795, 1995.
- G.de Lange et al, «Development of a 170−210 GHz 3×3 micromashined SIS imaging array», Proc. 8th Int. Symp. on Space Terahertz Technology, p.518, Harvard University, USA, March 1997.
- Belitsky V., Tarasov M.A., «SIS Junction Reactance Complete Compensation», IEEE Trans, on Magnetic, MAG- 27, v. 2, pt. 4, pp. 26 382 641, 1991.
- J), 69. V.Yu.Belitsky, E.L.Kollberg, «Tuning circuit for NbN SIS mixer», Proc. 7th1.t. Symp. on Space Terahertz Technology, p.234, Charlottesville, Virginia, USA, March 1996.
- C.Y.E. Tong, L. Chen, and R. Blundell, «Theory of Distributed Mixing and Amplification in a Superconducting Quasi-Particle Nonlinear Transmission Line,» IEEE Trans, on MTT., v. 45, num.7, pp. 1086−1092, 1997.
- M.J. .Feldman and S. Rudner, «Mixing with SIS arrays», Reviews of IR and MM Waves, K.J. Button, Ed. N. York, Plenum, p.47, 1983.1. T, f
- S. Shitov, M. Levitchev, A. Veretennikov, V. Koshelets et al, «Superconducting integrated receiver as 400−600 GHz tester for coolable• device», IEEE Trans. Appl. Supercond., 11, n. 1, pp. 832−83 5, 2001.
- Кошелец В.П., Шитов C.B., Филиппенко JI.B., Дмитриев П. Н., Ермаков А. Б., Соболев A.C., Торгашин М. Ю. Интегральные сверхпроводниковые приемники субмиллиметровых волн // Известия вузов. Радиофизика. 2003, Т. 46, № 8−9, СС. 687−701.
- N. Perrin and С. Vanneste, «Response of superconducting films to periodic•V) optical irradiation», Phys. Rev. B28, 5150 (1983).
- N. Perrin and C. Vanneste, «Dynamic behavior of a superconductor under time-dependent external excitation», J. Physique. 48, 1311 (1987).
- A.Semenov, G.N. Goltsman, R. Sobolewski, «Hot-Electron Effect in Superconductors and Its Applications for Radiation Sensors», LLE Review, V 87, pp 134−152, 2002.
- B.L.Altshuler, A.G.Aronov, «Electron-electron interaction in disordered conductors,» Modern problems in condensed matter science, Ed. A.L.Efros, M. Pollas, North-Holland Co., Amsterdam, pp. 1−153, 1985.
- R. S. Nebosis, A. D. Semenov, Y. P. Gusev, K. F. Renk, in Proceedings of the Seventh International Symposium on Space Terahertz Technology (University of Virginia, Charlottesville, VA, 1996), pp. 601−613.
- B. S. Karasik, W. R. McGrath, and M. C. Gaidis, «Analysis of a high-Tc p, hot-electron superconducting mixer for terahertz applications», J. Appl.1. Phys. 81, 1581 (1997).
- D. W. Floet, E. Miedema, T. M. Klapwijk, J. R. Gao, «Hotspot mixing: a framework for heterodyne mixing in superconducting hot electron bolometers», Appl. Phys. Lett. 74,433 (1999).
- D. W. Floet, T. M. Klapwijk, J. R. Gao, P. A. J. De Krote, «Bias dependence of the thermal time constant in diffusion-cooled hot electron bolometer mixers, Appl. Phys. Lett. 77, 1719 (2000).1. TJ
- H. Merkel, P. Khosropanah, P. Yagoubov, E. Kollberg, «A hotspot mixer for phonon-cooled NbN hot-electron bolometric mixers», IEEE Trans. Appl.• Supercond. 9, 4201 (1999).
- D. W. Floet, E. Miedema, T. M. Klapwijk, J. R. Gao, «Hotspot mixing: a framework for heterodyne mixing in superconducting hot electron bolometers», Appl. Phys. Lett. 74, 433 (1999).
- D. W. Floet, T. M. Klapwijk, J. R. Gao, P. A. J. De Krote, «Bias dependence of the thermal time constant in diffusion-cooled hot electron bolometer
- Arj mixers, Appl. Phys. Lett. 77, 1719 (2000).•¦a
- H. Merkel, P. Khosropanah, P. Yagoubov, E. Kollberg, «A hotspot mixer for phonon-cooled NbN hot-electron bolometric mixers», IEEE Trans. Appl. Supercond. 9,4201 (1999).
- A.I.Elant'ev and B.S.Karasik, «Effect of high frequency current on Nb superconducting film in the resistive state,» Sov. J. Low Temp. Phys., 15(7), July 1989.
- H. Ekstrom, B. Karasik, E. Kollberg, S. Yngvesson, «Conversion gain and noise of niobium superconducting hot-electron bolometer mixers,» IEEE Trans. Microwave Theory and Tech., pp. 938−947, vol. 43, no. 4, 1995.
- D.Meledin, E. Tong, R. Blunbell, N. Kaurova, K. Smirnov, B. Voronov, and G. Goltsman, «Study of the IF bandwidth of NbN HEB mixers based on crystalline quartz substrate with an MgO buffer layer», IEEE Trans. Appl.
- Supercond., vol.13, no 2, pp.164−167, 2003.
- B.Karasik, W. McGrath, «Microwave transmission technique for accurate impedance characterization of superconductive bolometric mixers,» IEEE Trans. on Applied Superconductivity, 1998.
- B. S. Karasik, A. I. Elantev, «Analysis of the noise performance of a hot® electron bolometer mixer,» 6th International Symposium on Space Terahertz
- Technology, pp. 229−247, Pasadena, CA, 1995.
- H.Ekstrom, B. Karasik, E. Kollberg, and S.K.Yngvesson, «Conversion Gain and Noise of Nb Superconducting Hot Electron Mixers,» IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 43, pp. 938−947, 1995.
- G.N. Gol’tsman, B.S. Karasik, O.V. Okunev, A.L. Dzardanov, ^ E.M. Gershenzon, H. Ekstrom, S. Jacobsson, E. Kollberg, IEEE Trans, on
- Appl. Supercond 5, 3065 (1995).rj
- B.S. Karasik and A.I. Elantiev, Appl. Phys. Lett. 68, 853 (1996).
- H.Ekstrom, B.S.Karasik, «Electron temperature fluctuation noise in hot-electron superconducting mixers», Appl.Phys.Lett. 66, 3212 (1995).
- E.Tong, J. Kawamura, T. Hunter, D. Papa, R. Blundell, F. Patt, G. Gol'tsman, E. Gershenzon, «Successful Operation of a 1 THz NbN Hot-Electron Bolometer Receiver,» Proc. of 11th of Space Terahertz Technology, p.49−59, Ann Arbor, MI, USA, 2000.
- J.Kawamura, T. R. Hunter, C.-Y. Edward Tong, R. Blundell, D. C. Papa, W. Peters, T. Wilson, C. Henkel, G. Gol’tsman, E. Gershenzon, «Ground-based terahertz CO spectroscopy towards Orion», A&A 394, 271−274 (2002)
- J. Shubert, A. Semenov, H.-W. Hubers wt al.,» Noise temperature and sensitivity of NbN Hot-electron mixer at frequencies from 0.7 THz to 5.2 THz,» Proc. of 10th of Space Terahertz Technology, pp. 190−199,• Charlottesville, VI, USA, 1999.
- W 102. C.-Y. Edward Tong, D. Meledin, D. Loudkov, J. Kawamura, N. Erickson, I.
- Mehdi, R. Blundell, and G. Gol’tsman, «A 1.5 THz Hot-Electron Bolometer
- Mixer Operated by a Planar Diode Based Local Oscillator,» IEEE MTT-S Digest, pp. 751−754, Philadelphia, PA, June 2003.
- M. Kroug, «Hot Electron Bolometric Mixers for a quasi-optical terahertz receiver», Ph.D. thesis, Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden, 2001.
- D.K. Schroder, «Semiconductors materials and device characterisation,» John Willey, NY, 1990
- G.K. Reeves, and H.B. Harrison, IEEE Electron Device Lett., EDL-3, p. l 11, 1982.