Особенности разогрева и релаксации горячих электронов в тонкопленочных сверхпроводниковых наноструктурах и 2D полупроводниковых гетероструктурах при поглощении излучения инфракрасного и терагерцового диапазонов

Диссертационная работа посвящена экспериментальному исследованию эффектов электронного разогрева излучением широкого диапазона — от видимого до дальнего инфракрасного (ИК) и энергетической релаксации носителей тока в наноструктурах, созданных на основе тонких сверхпроводниковых пленок и в полупроводниковых гетероструктурах АЮаАэ/ОаАз. Общность различных направлений исследований состоит в изучении особенностей неравновесных процессов в сверхпроводниковых и полупроводниковых структурах с использованием схожих методов и подходов, в выявлении и демонстрации влияния технологии создания структур на исследуемые процессы, а также направленностью исследований на создание практических устройств — рекордных по характеристикам детекторов видимого, инфракрасного и дальнего инфракрасного излучений.

Составной частью исследования неравновесных процессов в сверхпроводниковых устройствах является разработка планарной тонкопленочной технологии №>М структур нанометрового масштаба, включающей процессы осаждения и структурирования тонких пленок сверхпроводников, изучение структурных и сверхпроводящих свойств пленок, выявление влияния отдельных технологических операций на качество №№ пленок, характеристики структур и детекторов на их основе.

Экспериментально полученные в рамках проведенного исследования новые знания о разогреве электронов излучением видимого, инфракрасного и дальнего инфракрасного диапазонов в сверхпроводниковых тонкопленочных структурах и полупроводниковых гетероструктурах АЮаАзЛлаАз, а также знания о механизмах и динамике энергетической релаксации неравновесных носителей заряда, были использованы для создания чувствительных и быстродействующих смесителей терагерцового диапазона, а также детекторов одиночных фотонов видимого и инфракрасного излучений.

В диссертации отражены результаты исследований автора, проведенных в 1995 — 2012 годах, в рамках руководимых им проектов Российского Фонда Фундаментальных Исследований (гранты №№ 02−02- 16 774-а, 07−02−13 626-офиц, 09−02−12 364-офим, 12−02−1 291-а), Министерства образования и науки Российской Федерации (государственные контракты №№ 16.513.11.3017, П905, 14.740.11.0269), Министерства образования Российской Федерации и Германской службы академических обменов (DEUTSCHER AKADEMISCHER AUSTAUSCHDIENST (DAAD, грант № 04/38 430), Американского фонда гражданских исследований (U.S. Civilian Research and Development Foundation, грант № RE2−2531-M0−03), Международной ассоциации INTAS (International Association, грант № YSF 2002;408), Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (государственные контракты №№ 2979р/5388, 4698р/5388, 6191р/5388, 9888р/16 984), а также в рамках других, более, чем 50 научных проектов, в которых автор являлся одним из основных исполнителей.

Актуальность представленного исследования определяется получением принципиально новых знаний об особенностях взаимодействия излучения широкого частотного диапазона с полупроводниковыми и сверхпроводниковыми структурами нанометрового масштаба, последующем электронном разогреве и дальнейшей энергетической релаксации носителей тока, и их использованием для создания высокочувствительных и быстродействующих приемников видимого, инфракрасного и дальнего инфракрасного диапазонов.

В настоящее время развитие практических применений сверхпроводников осуществляется в двух основных направлениях: сильноточные и слаботочные применения. Одними из основных сильноточных применений сверхпроводников являются разработки индуктивных и кинетических накопителей токов, токоограничителей, генераторов, электрических двигателей, синхронных компенсаторов, трансформаторов, магнитных систем для магниторезонансных томографов, используемых в медицинских целях и для научных исследований [1−3]. Несмотря на необходимость глубокого охлаждения таких устройств, эти технологии уже нашли широкое применение. Например, соленоиды Большого Адронного Коллайдера ЦЕРН были изготовлены из сверхпроводящих NbTi проводов.

Среди слаботочных применений сверхпроводников или сверхпроводниковой электроники, к которой относится и практическая часть настоящей работы, прежде всего, необходимо выделить работы связанные с развитием Джозефсоновских переходов и основанных на них СКВИД-технологий (СКВИД — сверхпроводниковый квантовый интерферометр от английского SQUID — Superconducting QUantum Interference Device) [4−10], ^ нашедших применение в прецизионных измерениях предельно малых токов, напряжений и изменений магнитного потока, а также в СИС — смесителях (переход сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник) терагерцового диапазона частот. На основе низкотемпературных сверхпроводников был создан квантовый эталон напряжения, а также множество пассивных элементов СВЧ электроники: линии задержек, полосовые фильтры, амплитудные и фазовые модуляторы, переключатели, миниатюрные приемные и передающие антенны.

Практическая направленность исследования процессов разогрева и дальнейшей релаксации электронов в тонкопленочных NbN структурах излучением дальней инфракрасной области спектра (соответствующий диапазон частот -100 ГГц — 30 ТГц), представленного в настоящей работе, состоит в создании и оптимизации сверхпроводниковых смесителей и болометров указанного частотного диапазона, обладающих рекордными значениями основных параметров — шумовой температуры, полосы преобразования и быстродействия, низкой оптимальной мощности накачки гетеродинного источника, высокого динамического диапазона.

Развитие этого направления использования сверхпроводников связано с открытием эффекта электронного разогрева, первоначально в объемных полупроводниках [11], затем в сверхпроводниковых металлических пленках [12−15], а также с созданием первых полупроводниковых InSb и GaAs болометров и смесителей [16−19], и приемников излучения на основе сверхпроводниковых микроструктур [20,21]. Исследования в этой области привели к тому, что сверхпроводниковые смесители терагерцового диапазона успешно применяются во многих проектах радиоастрономии терагерцового диапазона [22−24], которая интенсивно развивается и широко востребована в связи с тем, что излучение, приходящееся на субмиллиметровый и терагерцовый диапазоны, составляет значительную часть полного излучения наблюдаемых галактик [25] (в соответствии с результатами работ в рамках научно-исследовательского проекта СОВЕ — COsmic Background Explorer, финансируемого NASA). Фактически, в настоящее время основными приемниками для радиоастрономии терагерцового диапазона являются СИС переходы в области частот до 1.2 ТГц и болометры на эффекте электронного разогрева в тонких сверхпроводниковых пленках на частотах свыше 1.2 ТГц. Поэтому, исследование физических основ процессов, протекающих при поглощении терагерцового излучения сверхпроводниковыми тонкопленочными структурами, а также создание и оптимизация параметров таких приемников, является актуальной задачей современной физики.

Другим перспективным направлением использования приемников терагерцового диапазона является разработка систем безопасности: обнаружение скрытых металлических и не металлических объектов в корреспонденции, багаже, а также на теле человекаразработка систем скрытой связи на расстояния в несколько единиц и десятков километров (last mile или последняя миля) [26−35]. Досмотровые системы безопасности могут работать как в активном режиме, т. е. при облучении объектов излучением терагерцового диапазона (проверка корреспонденции, багажа), так и в пассивном режиме (обнаружение скрытых на теле человека предметов),.

14 когда источником излучения является сам человек, а контраст в изображении появляется после прохождения излучением скрытого объекта на фоне излучения человеческого тела. В первом случае легко осуществить большую скорость сканирования объекта и реализацию цветного (или спектрального) зрения с осуществлением спектрального анализа и определением вещества спрятанного объекта. В пассивном режиме обнаружения скрытых на теле человека объектов, само обнаружение возможно производить скрытно, ввиду отсутствия источника излучения, но для реализации этого метода необходимы чувствительные и быстродействующие детекторы, например, такие, как сверхпроводниковые смесители и болометры. И если активные системы миллиметрового диапазона волн уже используются в ряде аэропортов, то системы терагерцового пассивного приема еще только находятся в стадии разработки. Для создания систем терагерцового видения потенциально применимы и перспективны и смесители на основе гетеропереходов AlGaAs/GaAs, поскольку, обладая не значительно меньшей чувствительностью, эти приборы работают при азотных температурах, что значительно упрощает реализацию практических устройств.

Принцип действия секретных систем связи last mile основано на значительном поглощении терагерцового излучения атмосферой, содержащей пары воды. При использовании предельно чувствительных детекторов возможна реализация линий связи на заданную дистанцию, с невозможностью подслушивания или обнаружения канала на больших расстояниях. Для создания таких систем также могут быть применены как сверхпроводниковые, так и полупроводниковые смесители на эффекте электронного разогрева.

Процессы энергетической релаксации электронного газа в полупроводниковых гетероструктурах, являющиеся предметом исследования настоящей диссертационной работы, важны не только для создания смесителей терагерцового диапазона частот, но также являются одним из ключевых знаний при создании большинства приборов полупроводниковой.

15 электроники — современных транзисторов, СВЧ элементов, лазеров, диодов, фотоэлементов и пр. [36]. Уже первые применения полупроводниковых гетеропереходов [37, 38] позволили значительно улучшить параметры устройств основанных на объемных полупроводниках. Вместе с тем, процессы энергетической релаксации в полупроводниковых структурах пониженной размерности, протекающие в условиях пространственного квантования энергии носителей заряда, существенно отличаются от случая объемных полупроводников и нуждаются в детальном исследовании для оптимизации и достижения предельных параметров устройств полупроводниковой микро — и наноэлектроники, интегральной оптики, оптоэл ектроники.

Дополнительным, но не менее важным по степени практической значимости направлением использования сверхпроводниковых тонкопленочных наноструктур, является создание на их основе однофотонных приемников видимого и инфракрасного диапазона. Экспериментально открытый, с участием автора настоящего исследования, эффект детектирования одиночных фотонов узкими сверхпроводниковыми полосками уже позволил создать принципиально новый класс однофотонных детекторов по совокупности параметров в целом ряде практических направлений использования на много порядков величины превосходящий существующие аналоги. Перспективность использования сверхпроводниковых однофотонных детекторов уже была подтверждена экспериментально в оптической когерентной и не когерентной томографии [39−41], в бесконтактном методе оптического анализа микросхем (метод оптического анализа микросхем с пикосекундным разрешением или Picosecond Imaging Circuit Analysis, PICA) [42−44], в квантово-оптической коммуникации и в квантовой криптографии [45−54], для корреляционного счета фотонов [55−58, А22]. Несомненно, что сверхпроводниковые однофотонные детекторы будут использованы и в других возможных применениях — для исследования однофотонных излучателей, в.

16 спектроскопии (например, Рамановской) ближнего инфракрасного диапазона, для создания сетей с непрерывно распределенными датчиками в сейсмологии и системах безопасности, в LIDAR технологиях (Light Detection And Ranging — обнаружение света и определение дальности) и пр.

Цель работы — исследование взаимодействия излучения видимого, инфракрасного и дальнего инфракрасного диапазонов со сверхпроводниковыми и полупроводниковыми структурами пониженной размерности нанометрового масштабаизучение неравновесных процессов электронного разогрева и энергетической релаксации в таких структурахразработка методов регистрации и создание высокочувствительных и быстродействующих детекторов и приемников на их основе излучений видимого, инфракрасного и дальнего инфракрасного диапазонов с использованием тонкопленочных сверхпроводниковых и полупроводниковых структур пониженной размерности.

Для реализации этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Разработать технологию осаждения ультратонких сверхпроводниковых NbN пленок, обладающих высокими значениями температуры сверхпроводящего переходаразработать технологию структурирования тонких пленок NbN, с характерными планарными размерами в несколько десятков нанометров, а также с сохранением высоких значений температуры сверхпроводящего перехода, наличием высоких плотностей критического тока и эффективной контактной металлизации.

2. Провести экспериментальное исследование процесса взаимодействия одиночных фотонов видимого и ближнего инфракрасного диапазонов со сверхпроводниковыми тонкими и узкими полосками, находящимися при температуре, ниже температуры сверхпроводящего перехода и в условиях, когда по сверхпроводниковой структуре протекает постоянный ток смещения, близкий к критическому току. Исследовать возможность обнаружения одиночных фотонов тонкопленочными NbN структурами.

3. Экспериментально исследовать особенности взаимодействия одиночных фотонов видимого и ближнего инфракрасного излучений со сверхпроводниковыми тонкопленочными наноструктурами на основе №>1Ч: вероятности поглощения и возникновения импульса напряжения на концах сверхпроводниковой полоски, вероятности темновых срабатываний сверхпроводниковой наноструктуры, временные параметры взаимодействия — динамику релаксации сверхпроводника после поглощения фотона к равновесному состоянию при заданной температуре, временную стабильность возникновения нарушения сверхпроводимости в ММ полоске при поглощении фотонареализовать эффективное согласование МэИ сверхпроводниковой наноструктуры с излучением ближнего инфракрасного диапазона.

4. Исследовать особенности поглощения терагерцового излучения полупроводниковыми структурами пониженной размерности на основе одиночных гетеропереходов АЮаАз/ОаАэ и динамику процессов дальнейшей энергетической релаксации электронов, в том числе при влиянии магнитного поля, перпендикулярного гетеропереходу, в широком диапазоне температур 4.2−77 К и при различных концентрациях двумерного электронного газа. Экспериментально исследовать возможность создания на основе гетеропереходов АЮаАзЛЗаАз гетеродинных приемников терагерцового излучения.

5. Исследовать процессы энергетической релаксации электронов в сверхпроводниковых тонкопленочных М^ наноструктурах при их разогреве излучением терагерцового диапазона. Изучить и экспериментально реализовать эффективное согласование сверхпроводниковых структур с терагерцовым излучением в диапазоне 0.3−30 ТГцисследовать возможность создания быстродействующих и чувствительных сверхпроводниковых приемников терагерцового диапазона.

Объектами исследования являлись тонкие (2.5 нм — 4 нм) сверхпроводниковые пленки и структуры на их основе: одиночные мостики длиной 0.1−0.3 мкм и шириной 1.5−4 мкм, сопряженные с планарными антеннами терагерцового диапазона, узкие (шириной 100 — 200 нм) и длинные (до 0.5 мм) полоски, имеющие форму меандра, заполняющего площадь от 4×4 мкм2 до 10×10 мкм2, а также одиночные гетероструктуры на основе перехода АЮаАз/ОаАэ с двумерным электронным газом.

Предметом исследований являлись эффекты взаимодействия излучения видимого, инфракрасного и дальнего инфракрасного диапазонов с полупроводниковыми гетероструктурами АЮаАз/ваАз и со сверхпроводниковыми наноструктурами, эффекты электронного разогрева и энергетической релаксации в указанных структурах, технология создания сверхпроводниковых >1ЬК тонкопленочных наноструктур, включающая процессы осаждения и структурирования тонких сверхпроводниковых пленок.

Методы исследования.

В работе использовались следующие методы:

— осаждение, исследование тонких сверхпроводниковых пленок ]!ЫМ, создание сверхпроводниковых наноструктур: метод магнетронного осаждения металлических пленок, метод резистивного и электроннолучевого испарения, фотолитография, электронная литография, метод плазмохимического, химического и ионного травлений, электронная просвечивающая микроскопия, рентгенодифракционный анализ;

— экспериментальное изучение особенностей взаимодействия одиночных фотонов ИК излучения со сверхпроводниковыми тонкопленочными №>К наноструктурами, смещенными током, близким к критическому току: исследование квантовой эффективности процесса взаимодействия одиночных фотонов со сверхпроводниковыми наноструктурами путем измерения падающей мощности и подсчета импульсов напряжения на МЬИ.

19 структуре, метод измерения шумовых характеристик структур, метод определения временного разрешения в субнаносекундном диапазонеисследование взаимодействия ММ структур с излучением терагерцового диапазона частот: метод измерения релаксации сигнала фотопроводимости в миллиметровом/субмиллиметровом диапазоне волн, методы измерения шумовых и спектральных характеристик, метод определения вклада изменения физической температуры структуры в возникновение сигнала фотопроводимости при смешении Т^ЬЫ структурой терагерцового излучения источников с близкими частотамиизучение эффектов электронного разогрева в АЮаАзЛЗаАз гетероструктурах и исследование возможностей создания на их основе приемников терагерцового диапазона: метод определения концентрации двумерных носителей заряда по осцилляциям Шубникова-де Гааза, метод миллиметровой спектроскопии, методы определения собственных потерь преобразования АЮаАзАлаАБ структуры.

Все исследования проводились при криогенных температурах в диапазоне 1.6−77 К с использованием жидких хладореагентов (азот и гелий), а также при использовании рефрижераторов замкнутого цикла.

В работе были получены новые научные результаты:

1. Экспериментально обнаружено новое физическое явление перехода в нормальное состояние №>К тонкопленочных сверхпроводниковых наноструктур, находящихся при температуре ниже температуры сверхпроводящего перехода и смещенных транспортным током, близким к критическому току, при поглощении одиночных фотонов видимого и ИК излучения. Экспериментально исследованы особенности такого перехода и определены характерные времена динамики разогрева и дальнейшей релаксации электронов в МЬЫ наноструктурах при поглощении одиночных фотонов. Обнаруженный эффект позволил создать базу для дальнейших исследований взаимодействия одиночных фотонов средней и дальней ИК области спектра со сверхпроводниковыми тонкопленочными наноструктурами, а также является основой при создании нового класса однофотонных детекторов ближнего ИК диапазона, значительно превосходящих существующие аналоги.

2. Исследованы особенности взаимодействия излучения терагерцового диапазона со сверхпроводниковыми №>К наноструктурами. Определены времена энергетической релаксации электронов при их разогреве излучением дальней ИК области для структур различной толщины и созданных на различных диэлектрических подложках и с использованием дополнительных согласующих слоев. Созданы структуры, для которых время энергетической релаксации, осуществляемой за счет электрон-фононного взаимодействия, является рекордно малым.

3. Исследованы процессы роста на диэлектрических подложках ультратонких (до 2 нм) сверхпроводниковых пленок МэИ и формирования на их основе планарных структур нанометрового масштабаразработана технология тонкопленочных ММ структур с характерными размерами в несколько десятков нанометров с основными сверхпроводящими характеристиками, близкими к их значениям в объемном материале. Разработанная технология включает создание к сверхпроводниковым наноструктурам контактной металлизации с предельно малым значением контактного сопротивления, а также разработку топологии основанных на 1МЪК структурах приемников терагерцового и инфракрасного диапазонов, обладающих рекордными значениями чувствительности и быстродействия.

4. Впервые методом миллиметровой спектроскопии в квазиравновесных условиях измерено время энергетической релаксации те 20 электронного газа гетероструктур АЮаАзАЗаАз в широком интервале температур, а также при влиянии магнитного поля, перпендикулярного поверхности гетероперехода и в зависимости от концентрации двумерных электронов. Выделены температурные интервалы доминирования различных механизмов релаксации 2Э электронов АЮаАз/СаАэ гетероструктур с участием.

21 акустических и оптических фононовопределен вклад в темп энергетической релаксации 2Т) электронов в магнитном поле переходов носителей заряда внутри последнего занятого уровня Ландау и межуровневых переходов.

5. На основе изученных процессов разогрева и энергетической релаксации носителей заряда в сверхпроводниковых тонкопленочных наноструктурах и 2Т> гетеропереходах АЮаАБ/СаАБ разработаны, созданы и исследованы высокочувствительные и быстродействующие приемники инфракрасного и терагерцового диапазонов:

— Впервые создан однофотонный детектор видимого, ближнего и среднего инфракрасного диапазонов на основе ультратонких сверхпроводниковых пленок ЫЬЫэкспериментально исследованы его основные характеристики: квантовая эффективность, временное разрешение, максимальная скорость счета, предельно достижимый уровень темновых срабатываний, влияние на вероятность темнового счета засветки фоновым излучением. Созданные однофотонные детекторы по совокупности параметров значительно превосходят ближайшие аналогиполупроводниковые лавинные диоды и фотоэлектронные умножители;

Разработаны, созданы и экспериментально исследованы сверхпроводниковые смесители терагерцового диапазона (0.7−30 ТГц) с фононным каналом охлаждения горячих электронов, обладающие рекордными значениями шумовой температуры, полосы преобразования, оптимальной мощности гетеродинного источника;

— На основе АЮаАэ/СаАз гетероструктур созданы и исследованы смесители терагерцового диапазона волн с фононным каналом охлаждения горячих электронов. Определены основные характеристики смесителейвнутренние потери преобразования, шумовая температура, полоса преобразования, оптимальная мощность гетеродинного источника.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Нарушение сверхпроводимости по всему сечению сверхпроводника, охлажденного ниже температуры сверхпроводящего перехода и смещенного током, близким к критическому току /с при заданной температуре, возможно при поглощении одиночного фотона излучения видимого и ближнего инфракрасного диапазонов. В случае использования сверхпроводниковой пленки №>К толщиной 4 нм и шириной -100 нм с критической температурой ~11 К нарушение сверхпроводимости при поглощении одиночного фотона происходит при смещении сверхпроводниковой полоски током 0.9−0.95 /спри одновременном поглощением двух или трех фотонов нарушение сверхпроводимости происходит при 0.8 /с и 1~0.6−0.65 1С соответственно.

2. Вероятность нарушения сверхпроводимости в сечении сверхпроводниковой полоски при поглощении одиночного фотона видимого и инфракрасного диапазонов определяется максимальным отклонением ширины сверхпроводниковой полоски от его среднего значения, и для лучших структур составляет 95−100%.

3. Время восстановления сверхпроводимости и временная нестабильность момента нарушения сверхпроводимости в полоске при поглощении одиночного фотона видимого и инфракрасного диапазона, зависят от геометрии М^ сверхпроводниковой полоски: время восстановления сверхпроводимости определяется кинетической индуктивностью сверхпроводниковой полоски, временная нестабильность момента нарушения сверхпроводимости зависит от тока, протекающего через сверхпроводник и длины сверхпроводниковой полоскидля сверхпроводниковой полоски длиной 250 мкм, изготовленной из N1^ пленки толщиной 4 нм, шириной -100 нм и критическим током более 20 мкА время восстановления сверхпроводимости составляет 10 не, нестабильность момента нарушения сверхпроводимости — менее 50 пс.

4. Время энергетической релаксации горячих электронов с фононным каналом охлаждения в тонких сверхпроводниковых пленках определяется акустическим согласованием на границе пленка-подложка и для пленки №)К толщиной 2 нм, осажденной на подложке Б! с согласующим слоем толщиной 200 нм, составляет рекордное значение — 34 псвремя энергетической релаксации горячих электронов с фононным каналом охлаждения для пленок 1ЧЬК на кварцевой подложке с буферным слоем М^О толщиной 200 нм составляет 43 пс.

5. В интервале температур 4.2 К<�Ге<77 К в гетероструктурах АЮаАв/ОаАБ время энергетической релаксации двумерных носителей определяется электронной температурой и не зависит от температуры кристаллической решетки. В гетероструктурах АЮаАБ/СаАБ с.

11 9 концентрацией носителей Яу=4.2−10 см в области электронных температур 10 К<�Г<21 К преобладает релаксация энергии электронов на деформационном потенциале с характерным временем те=0.6 не, не зависящем от электронной температурырассеяние на оптических фононах проявляется при электронных температурах Те>25 К.

6. Вследствие квантования энергии электронов в гетероструктурах.

11 2.

АЮаАз/ОаАБ с концентрацией электронов 5.2−10 см при температуре Г=4.2 К и в магнитном поле В~ 1 Тл, перпендикулярном 2 В плоскости, скорость энергетической релаксации уменьшается на порядок по сравнению со случаем В=0- в магнитных полях больших 1 Тл скорость энергетической релаксации осциллирует, подобно осцилляциям сопротивления Шубникова-де Гаазав области больших магнитных полей (У<4) энергетическая релаксация осуществляется за счет электрон-фононных переходов внутри уровня Ландаувклад электрон-фононных переходов между уровнями Ландау проявляется в области магнитных полей соответствующих у>4.

7. Зависимость времени энергетической релаксации двумерных электронов те гетероструктур АЮаАз/ваАз с концентрациями электронов в диапазоне «^=1.6−6.6 1011 см2 при температуре 4.2 К подчиняется.

24 соотношению вида те~ах-, где а, «1.4−10 15 и не зависит от подвижности двумерных электронов.

8. Системная квантовая эффективность ТЧЬЫ однофотонных детекторов ограничена величиной оптического согласования детектора с излучением и поглощением излучения сверхпроводниковой наноструктуройлучшие значения системной квантовой эффективности для детекторов, интегрированных со стандартным одномодовым волокном, составляют 45% и 35% на длинах волн 1.26 мкм и 1.55 мкм соответственно.

9. Минимальный уровень темнового счета системы на основе однофотонных детекторов диапазона 1.26−1.55 мкм, использующей стандартное кварцевое одномодовое волокно, определяется фоновой засветкой в среднем ИК диапазонефильтрация фонового излучения позволяет достичь уровня темнового счета системы, работающей при 2 К, до значений менее 1 отсчета в секунду. Уровень темновых отсчетов сверхпроводниковых однофотонных детекторов в условиях полной экранировки детектора от внешнего излучения определяется температурными флуктуациями и при рабочей температуре 2 К не превышает 10″ 4 отсчетов в секунду.

10. Рекордные характеристики разработанных смесителей терагерцового диапазона на основе тонких пленок №>К составляют: шумовая полоса смесителей на основе пленки №>>!, осажденной на подложке 81 с согласующим слоем — 5.2 ГГцшумовая температура смесителя, интегрированного с планарной спиральной антенной — 370 К, 1300 К, 3100 К на частоте гетеродинного источника 0.7 ТГц, 2.5 ТГц, 3.8 ТГц соответственношумовая температура №>К смесителя с использованием прямого согласования излучения со смесителем — 3100 К на частоте гетеродинного источника 30 ТГц.

11. В терагерцовой области частот внутренние потери преобразования и оптимальная мощность гетеродинного источника смесителей на основе гетероструктур АЮаАзДлаАз уменьшаются при увеличении подвижности.

25 двумерных носителей заряда. Для смесителя на основе гетероструктуры АЮаАз/ваАз, работающего при температуре 77 К, с подвижностью.

5 2 112 электронов //=2.3−10 см /В-с и концентрацией п3=Ъ.О-10 см' значение внутренних потерь преобразования составляет 13 дБ, значение оптимальной мощности гетеродинного источника приходящейся на 1 мкм2 чувствительной области составляет 200 нВт.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием современных методов исследования и современного оборудования, согласием полученных данных с теоретическими и экспериментальными исследованиями других ведущих научных групп, согласованностью результатов, получаемых при проведении пошагового исследования на всех этапах работ, а также успешной работой и коммерциализацией практических устройств, созданных с использованием результатов проведенных исследований.

Практическая значимость работы.

Большинство полученных результатов имеют ярко выраженную практическую направленностьчасть полученных результатов уже были успешно коммерциализованы и применены на практике.

1. Разработка планарной тонкопленочной технологии сверхпроводниковых ультратонких пленок и смесителей терагерцового диапазона на их основе позволила создать приемники излучения, успешно работающие на нескольких современных радиотелескопах, например, в обсерватории космического базирования НЕК8НЕЬ, выведенной на орбиту в.

2009 году [22]. Смесители терагерцового диапазона, как коммерческий продукт компании «СКОНТЕЛ», созданной сотрудниками Учебно-научного центра Московского педагогического государственного университета при непосредственном участии автора настоящей работы, были поставлены научной группе Чалмерского университета (Швеция), работающей над созданием приемника терагерцового излучения для телескопа наземного базирования APEX (the Atacama Pathfinder Experiment) [23] на плато Атакама в Чили.

2. На основе полученных фундаментальных представлений о механизмах взаимодействия сверхпроводниковых тонкопленочных наноструктур с излучением терагерцового диапазона, компанией CKOHTEJI были разработаны и в настоящее время успешно коммерциализуются терагерцовые болометры частотного диапазона 0.1−70 ТГц. Предлагаемые компанией болометрические приемные системы являются одними из самых чувствительных и быстродействующих приемников терагерцового диапазона частот.

3. На основе открытого эффекта детектирования сверхпроводниковыми тонкими и узкими полосками одиночных фотонов видимого и инфракрасного диапазонов спектра и исследований его особенностей компанией «СКОНТЕЛ» в настоящее время созданы несколько типов приемников одиночных фотонов диапазона 0.8−2 мкм. Эти приемники нашли применение в более чем ста ведущих научно-исследовательских центрах, институтах, университетах, крупных коммерческих компаниях во многих странах Европы, а также в США, Японии, Канаде, Израиле, Китае. В 2012 году компанией «СКОНТЕЛ» при поддержке Министерства образования и науки РФ начато создание систем квантовокриптографической связи с использованием приемников одиночных фотонов в рамках Федеральной Целевой Программы.

4. Изученные в работе особенности взаимодействия излучения терагерцового диапазона с полупроводниковыми двумерными структурами позволили создать на основе одиночных гетеропереходов AlGaAs/GaAs гетеродинные детекторы дальнего инфракрасного диапазона, работающие при азотной температуре и имеющие высокое быстродействие.

Совокупность полученных в диссертации результатов является крупным научным достижением в области физики конденсированного состояния — экспериментальным изучением процессов разогрева и энергетической релаксации электронов в сверхпроводниковых наноструктурах и полупроводниковых 2D структурах. Проведенное исследование соответствует паспорту специальности 01.04.07 — физика конденсированного состояния.

Апробация результатов.

Результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались на следующих конференциях: III, V Всероссийской конференции по физике полупроводников «Полупроводники '97», Москва, Россия, (1997), Нижний Новгород, Россия, (2001) — International semiconductor device research symposium, Charlottesville, USA, (1997) — the 24th International Conference on the Physics of Semiconductors, Jerusalem, Israel, (1998) — Applied Superconductivity Conference, Virginia Beach, USA, (2000) — the 12th, 13th, 14th, 15th, 16th, 17th International Symposium on Space Terahertz Technology, San Diego, USA, (2001), Cambridge, MA, USA, (2002), Arizona, USA, (2003), Northampton, Massachusetts, USA, (2004), Gothenburg, Sweden, (2005), Paris, France, (2006) — Fifth ISTC Scientific Advisory Committee Seminar «Nanotechnologies in the area of physics, chemistry and biotechnology», St. Petersburg, Russia, (2002) — the 26th International Conference on the Physics of Semiconductors, Edinburgh, Scotland, UK, (2002) — International Quantum Electronic Conference, Moscow, Russia, (2002) — VIII Всероссийской школе-семинаре «Волновые явления в неоднородных средах», Красновидово, Московская область, Россия, (2002) — Applied Superconductivity Conference, Houston, Texas, USA, (2002), Jacksonville, USA, (2004) — International Symposium Nano and Giga Challenges in Microelectronics Research and Opportunities in Russia, Moscow, Russia, (2002) — International Workshop on Superconducting Nano-Electronic Devices, New York, USA, (2002) — International Student Seminar on Microwave Applications of Novel Physical Phenomena, Moscow, Russia, (2002), Espoo, Finland, (2003), St. Petersburg, Russia, (2005) — 6th European conference on applied superconductivity, Sorrento Napoli, Italy, (2003) — Международной научно-технической школеконференции «Молодые ученые — науке, технологиям и профессиональному образованию», Москва, Россия, (2003) — Шестой Российской конференции по физике полупроводников, Санкт-Петербург, Россия, (2003) — the 10th International Workshop on Low Temperature Detectors, Genoa, Italy, (2003) — Пятой всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой оптои наноэлектронике, Санкт-Петербург, Россия,.

2003) — the 11th International Student Seminar on Microwave Application of Novel Physical Phenomena, St. Petersburg, Russia, (2004) — 3-ей Международной выставке и конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности», Москва, Россия, (2004) — Десятой всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-10), Москва, Россия, (2004) — the Fifth international Kharkov symposium on physics and engineering of microwaves, millimeter and submillimeter waves (MSMW'04), Kharkov, Ukraine, (2004) — Международной научно-практической конференции «Фундаментальные проблемы th радиоэлектронного приборостроения», Москва, Россия, (2004) — the 29 International Conference on Infrared and Millimeter Waves, Karlsruhe, Germany,.

2004) — 1-ой международной конференции «Фундаментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости», Москва — Звенигород, Россия, (2004) — Международной научной конференции «Тонкие пленки и наноструктуры», Москва, Россия, (2004) — SPIE Symposium of Optoelectronics, San Jose, California, USA, (2005) — International Congress on Optics and Optoelectronics, Warsaw, Poland, (2005) — the 9th World Multi-Conference on Systemics, Cybernetics and Informatics, Orlando, Florida, USA, (2005) — V Международной научно-технической конференции «Электроника и информатика 2005», Москва, Россия, (2005) — the MRS Conference, Nice, France, (2006) — 16 Международной Крымской Конференции «Крымико 2006», Севастополь, Украина, (2006) — XI, X, XI, XII, XIII, XIV, XV, XVI Международном Симпозиуме «Нанофизика и наноэлектроника», Нижний Новгород, Россия, (2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012) — 8-ом Украинско.

Российском семинаре «Нанофизика и Наноэлектроника», Киев, Украина,.

2007) — VIII Российской конференции по физике полупроводников, Екатеринбург, Россия, (2007) — Advanced Research Workshop «Fundamentals of electronic nanosystems, St. Petersburg, Russia, (2008) — 14 Всероссийской научной конференции студентов — физиков и молодых ученых, Уфа, Россия, th.

2008) — the 12 International Workshop on Low Temperature Detectors, Paris, France, (2008) — IX Российской конференции по физике полупроводников, Новосибирск — Томск, Россия, (2009) — 20 Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», Севастополь, Украина, (2010) — 3 Международной научной конференции «Функциональная компонентная база микро-, оптои наноэлектроники», Харьков, Украина, (2010) — XVI Международной научно-технической конференции «Радиолокация. Навигация. Связь», Воронеж, Россия, (2010) — the th.

7 International Conference on Photonics, Devices and System, Prague, Czech Republic, (2011).

Личный вклад автора.

В диссертации изложены результаты работ, выполненных автором лично и в соавторстве с коллегами. Разработка планарной тонкопленочной технологии сверхпроводниковых NbN наноструктур была выполнена совместно с Б. М. Вороновым, наставником и коллегой автора в области тонкопленочной сверхпроводниковой технологии.

Исследования взаимодействия терагерцового излучения с полупроводниковыми структурами пониженной размерности и дальнейших процессов энергетической релаксации носителей были выполнены совместно с А. А. Веревкиным и Н. Г. Птициной.

Исследования, связанные с экспериментальным открытием эффекта детектирования одиночных фотонов видимого и ближнего инфракрасного диапазонов сверхпроводниковыми тонкопленочными наноструктурами были проведены совместно с Г. Н. Гольцманом, являющимся наставником и консультантом автора на протяжении всей научной деятельности, а также с Г. М. Чулковой, О. В. Окуневым, А. А. Корнеевым.

Исследования процессов детектирования терагерцового излучения сверхпроводниковыми М^ наноструктурами были выполнены совместно с Ю. Б. Вахтоминым и А. Д. Семеновым.

Личный вклад автора в представляемых исследованиях состоял в постановке задачи исследования, в разработке или выборе метода ее решения, в проведении экспериментальных исследований, в анализе полученных результатов. Все результаты, выносимые на защиту, получены автором лично или при его определяющем вкладе.

Публикации.

По результатам проведенных исследований опубликовано 135 работ, из которых: 43 статьи в журналах, входящих в Перечень изданий, рекомендованных ВАК Минобразования и науки РФ, 4 статьи в других журналах, 88 докладов на международных и Российских конференциях с публикацией тезисов докладов.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка цитируемой литературы. Диссертационная работа изложена на 340 страницах, включая 86 рисунков, 16 таблиц и список литературы из 338 наименований.

Основные результаты и выводы, полученные в диссертационной работе, могут быть сформулированы следующим образом:

1. Обнаружено новое физическое явление перехода в нормальное состояние тонкопленочных сверхпроводниковых наноструктур, находящихся при температуре ниже температуры сверхпроводящего перехода и смещенных транспортным током, близким к критическому току сверхпроводника, при поглощении одиночных фотонов видимого и ИК излучения. Нарушение сверхпроводимости происходит при одновременном поглощении одного, двух или более фотонов.

Детальное исследование обнаруженного эффекта позволило создать принципиально новый класс однофотонных детекторов ближнего ИК диапазона, значительно превосходящих существующие аналогиполупроводниковые лавинные диоды и фотоэлектронные умножители. Проведена успешная апробация разработанных детекторов при тестировании больших интегральных микросхем, в квантовой коммуникации и квантовой криптографии, при тестировании разрабатываемых однофотонных излучателей, в квантовой оптической томографии.

2. Впервые методом миллиметровой спектроскопии в квазиравновесных условиях измерено время энергетической релаксации те 2Б электронного газа гетероструктур АЮаАзЛЗаАз в широком интервале температур, а также при влиянии магнитного поля, перпендикулярного поверхности гетероперехода и в зависимости от концентрации двумерных электронов. Выделены температурные интервалы доминирования различных механизмов релаксации 2Б электронов АЮаАз/ваАз гетероструктур с участием акустических и оптических фононовопределен вклад в темп энергетической релаксации 2Б электронов в магнитном поле переходов носителей заряда внутри последнего занятого уровня Ландау и межуровневых переходов.

На основе изученных процессов разогрева и энергетической релаксации носителей заряда в 2 Б гетеропереходах АЮаАэ/ОаАз разработаны, созданы и исследованы высокочувствительные и быстродействующие приемники терагерцового диапазона с фононным каналом охлаждения горячих электронов.

3. Исследованы особенности электронного разогрева и дальнейшей энергетической релаксации электронов посредством электрон-фононного взаимодействия в сверхпроводниковых №>К наноструктурах при поглощении излучения терагерцового диапазона (0.7−30 ТТц). Посредством акустического согласования на границе сверхпроводниковая пленка — подложка достигнуто рекордно малое время релаксации горячих электронов.

На основе сверхпроводниковых тонкопленочных 1ЧЬК структур созданы гетеродинные приемники терагерцового диапазона, обладающие рекордными значениями шумовой температуры, полосы преобразования, оптимальной мощности гетеродинного источника.

4. Исследованы процессы роста на различных диэлектрических подложках ультратонких (до 2 нм) сверхпроводниковых пленок МЫЧ. Разработана технология создания тонкопленочных №>К структур с характерными размерами в несколько десятков нанометров с основными сверхпроводящими характеристиками, близкими к их значениям в объемном материале. Разработанная технология включает создание к сверхпроводниковым наноструктурам контактной металлизации с предельно малым значением контактного сопротивления, а также разработку топологии основанных на МЬИ структурах приемников терагерцового и инфракрасного диапазонов, обладающих рекордными значениями чувствительности и быстродействия. Разработанная технология применима для создания тонкопленочных наноструктур и на основе других сверхпроводниковых и металлических материалов.

Работа выполнена на кафедре общей и экспериментальной физики факультета физики и информационных технологий Ml И У.

Автор считает своим долгом искренне поблагодарить доктора физикоматематических наук, профессора Гольцмана Григория Наумовича, который являлся его научным наставником на протяжении всей профессиональной деятельности.

Автор благодарит коллег Учебно-научного радиофизического центра Mill У и ЗАО «Сверхпроводниковые нанотехнологии» за помощь и дружеское участие в процессе проведения исследований.

Публикации автора в журналах из Перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК.

Al. G. Gol'tsman, O. Okunev, G. Chulkova, A. Lipatov, A. Semenov, K. Smirnov, B. Voronov, A. Dzardanov, C. Williams, and R. Sobolewski Picosecond superconducting single-photon optical detector // Applied Physics Letters. — 2001. — V. 79. — N. 6. — P. 705−707. (авторский вклад 30%).

A2. G. Gol'tsman, O. Okunev, G. Chulkova, G. Lipatov, A. Dzardanov, K. Smirnov, A. Semenov, B. Voronov, C. Williams and R. Sobolewski — Fabrication and properties of an ultrafast NbN hot-electron single-photon detector // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. — 2001. — V. 11. — P. 574−577. (авторский вклад 40%).

A3. A. Lipatov, O. Okunev, K. Smirnov, G. Chulkova, A. Korneev, P. Kouminov, G. Gol'tsman, J. Zhang, W. Slysz, A. Verevkin, R. Sobolewski An Ultrafast NbN Hot-Electron Single-Photon Detector for Electronic Applications. // Superconductor Science and Technology. — 2002. — V. 15. — P. 1689−1692. (авторский вклад 25%).

A4. R. Sobolewski, Y Xu X Zhang, C. Williams, J. Zhang, A. Verevkin, G. Chulkova, A.KorneevA.LipatovO.OkunevK.SmirnovG.Gol'tsman Spectral sensitivity of the NbN single-photon superconducting detector // IEICE Transactions on Electronics. — 2002. — V. E85-C. — N. 3. — P. 797−802. (авторский вклад 20%).

A5. A. Verevkin, J. Zhang, R. Sobolewski, A. Lipatov, O. Okunev, G. Chulkova, A. Korneev, K. Smirnov, G. Gol'tsman Detection efficiency of large-active-area NbN single-photon superconducting detectors in ultraviolet to near-infrared range // Applied Physics Letters. — 2002. — V. 80. — N. 25. — P. 4687−4689. (авторский вклад 20%).

A6. A. Korneev, A. Lipatov, O. Okunev, G. Chulkova, K. Smirnov, G. Gol'tsman, J. Zhang, W. Slysz, A. Verevkin, R. Sobolewski GHz counting rate.

NbN single-photon detector for IR diagnostics // Microelectronic Engineering, Elsevier. — 2003. — V. 69. — P. 274−278. (авторский вклад 20%).

Al. A. Verevkin, A. Pearlman, W. Slysz, J. Zhang, M. Currie, A. Korneev, G. Chulkova, O. Okunev, P. Kouminov, K. Smirnov, B. Voronov, G.N.Gol'tsman and Roman Sobolewski Ultrafast Superconducting Single-Photon Detectors for Near-Infrared-Wavelength Quantum Communications // Journal of Modern Optics. -2004. -V. 51. -N. 9−10. — P. 1447−1458. (авторский вклад 20%).

A8. A. Korneev, P. Kouminov, V. Matvienko, G. Chulkova, K. Smirnov, B. Voronov, G. N. Gol’tsman, M. Currie, W. Lo, K. Wilsher, J. Zhang, W. Slysz, A. Pearlman, A. Verevkin, Roman Sobolewski Sensitivity and gigahertz counting performance of NbN superconducting single-photon detectors // Applied Physics Letters. — 2004. — V. 84. -N. 26. — P. 5338−5340. (авторский вклад 25%).

A9. А. А. Корнеев, O.B. Минаева, И. А. Рубцова, И. И. Милостная, Г. М. Чулкова, Б. М. Воронов, К. В. Смирнов, В. А. Селезнев, Г. Н. Гольцман, А. Перлман, В. Слиц, А. Кросс, П. Альварес, А. Веревкин, Р. Соболевский Сверхпроводящий однофотонный детектор на основе ультратонкой пленки NbN // Квантовая электроника. — 2005. — Т. 35 (8). — С. 698−700. (авторский вклад 20%).

А10. A. Korneev, V. Matvienko, О. Minaeva, I. Milostnaya, I. Rubtsova, G. Chulkova, K. Smirnov, V. Voronov, G. Gol’tsman, W. Slysz, A. Pearlman, A. Verevkin, R. Sobolewski Quantum efficiency and noise equivalent power of nanostructured NbN single-photon detectors in the wavelength range from visible to infrared // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. — 2005. — V. 15. -N. 2. — P. 571−574. (авторский вклад 20%).

All. W. Slysz, M. Wegrzecki, J. Bar, P. Grabies, M. Gorska, V. Zwiller, C. Latta, A. Pearlman, A. Cross, D. Pan, I. Komissarov, I. Milostnaya, A. Korneev, O. Minaeva, G. Chulkova, К Smirnov, B. Voronov, G. Goltsman, R. Sobolewski Fibre-coupled, single photon detector based on NbN superconducting nanostructures for quantum communications // Journal of Modern Optics. — 2007. — V. 54(2−3). — P. 315−326. (авторский вклад 20%).

Al2. I. Milostnaya, A Korneev, M. Tarkhov, A. Divochiy, O. Minaeva, V. Seleznev, N. Kaurova, B. Voronov, О Okunev, G Chulkova, К Smirnov and G. Goltsman Superconducting Single Photon Nanowire Detectors Development for IR and THz Applications // Journal of Low Temperature Physics. — 2008. — V. 51. -P. 591−596. (авторский вклад 20%).

A13. G. Goltsman, A. Korneev, A. Divochiy, O. Minaeva, M. Tarkhov, N. Kaurova, V. Seleznev, B. Voronov, O. Okunev, A. Antipov, K. Smirnov, Yu. Vachtomin, I. Milostnaya, G. Chulkova Ultrafast superconducting single-photon detector // Journal of Modem Optics. — 2009. — V. 56. — Issue 15. — P. 1670−1680. (авторский вклад 25%).

Al4. D. Elvira, A. Michon, B. Fain, G. Patriarche, G. Beaudoin, I. RobertPhilip, Y. Vachtomin, A. V. Divochiy, К. V. Smirnov, G. N. Goltsman, I. Sagnes,.

A. Beveratos Time-resolved spectroscopy of InAsP/InP (001) quantum dots emitting near 2 цт // Applied Physics Letters. — 2010. — V. 97. — N. 13. -P. 131 907;1 — 131 907;3. (авторский вклад 25%).

Al5. G. N. Gol’tsman, K. Smirnov, P. Kouminov, B. Voronov, N. Kaurova, V. Drakinsky J. Zhang, A. Verevkin, and R. Sobolewski Fabrication of Nanostructured Superconducting Single-Photon Detectors // IEEE Transaction on Applied Superconductivity. — 2003. — V. 13. — N. 2. — P. 192−195. (авторский вклад 40%).

Al 6. G. Goltsman, A. Korneev, V. Izbenko, K. Smirnov, P. Kouminov,.

B. Voronov, N. Kaurova, A. Verevkin, J. Zhang, A. Pearlman, W. Slysz, R. Sobolewski Nano-structured superconducting single-photon detectors // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. — 2004. — V. 520. — Issue 1−3. -P. 527−529. (авторский вклад 30%).

A17. J. Kitaygorsky, J. Zhang, A. Verevkin, A. Sergeev, A. Korneev, V. Matvienko, P. Kouminov, K. Smirnov, B. Voronov, G. Gol'tsman, R. Sobolewski Origin of Dark Counts in Nanostructured NbN Single-Photon Detectors // IEEE Transaction on Applied Superconductivity. — 2005. — V. 15(2). — P. 545−548. (авторский вклад 15%).

Al 8. A. Pearlman, A. Cross, W. Slysz, J. Zhang, A. Verevkin, M. Currie, A. Korneev, P. Kouminov, K. Smirnov, B. Voronov, G. Gol'tsman, R. Sobolewski Gigahertz counting rates of NbN single-photon detectors for quantum communications // Transaction on Applied Superconductivity. — 2005. — V. 15(2). — P. 579−582. (авторский вклад 15%).

Al9. G. Gol'tsman, A. Korneev, I. Rubtsova, I. Milostnaya, G. Chulkova, O. Minaeva, K. Smirnov, B. Voronov, W. Slysz, A. Pearlman, A. Verevkin, R. Sobolewski Ultrafast superconducting single-photon detectors for near-infrared-wavelength quantum communications // Physica Status Solidi — 2005. — V. 2. -N. 5. — P. 1480−1488. (авторский вклад 15%).

A20. W. Slysz, M. Wegrzecki, J. Bar, M. Gorska, V. Zwiller, C. Latta, P. Bohi, I. Milostnaya, O. Minaeva, A. Antipov, O. Okunev, A. Korneev, K. Smirnov, B. Voronov, N. Kaurova, G. Gol’tsman, A. Pearlman, A. Cross, I. Komissarov, A. Verevkin, R. Sobolewski Fiber-coupled single-photon detectors based on NbN superconducting nanostructures for practical quantum cryptography and photon-correlation studies // Applied Physics Letters. — 2006. — V. 88. -Issue. 26. — P. 261 113−1 — 261 113−3. (авторский вклад 20%).

A21. Milostnaya, A. Korneev, I. Rubtsova, V. Seleznev, O. Minaeva, G. Chulkova, O. Okunev, B. Voronov, K. Smirnov, G. Gol’tsman, W. Slysz, M. Wegrzecki, M. Guziewicz, J. Bar, M. Gorska, A. Pearlman, J. Kitaygorsky, A. Cross and R. Sobolewski Superconducting single-photon detectors designed for operation at 1.55-цт telecommunication wavelength // Journal of Physics: Conference Series. — 2006. — V. 43. — P. 1334−1337. (авторский вклад 15%).

A22. Korneev, A.- Vachtomin, Y.- Minaeva, O.- Divochiy, A.- Smirnov, K.: Okunev, O.- Golapos-tsman, G.- Zinoni, C.- Chauvin, N.- Balet, L.- Marsili, F.- Bitauld, D.- Alloing, В.- Lianhe LiFiore, A.- Lunghi, L.- Gerardino, A.- Haider, M.- Jorel, C.- Zbinden, H. Single-Photon Detection System for Quantum Optics Applications // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. — 2007. -V. 13, — Issue 4. — P. 944 — 951. (авторский вклад 20%).

А23. С. Zinoni, В. Alloing, L. H. Li, F. Marsili, A. Fiore, L. Lunghi, A. Gerardino, Yu. B. Vakhtomin, К. V. Smirnov, and G. N. Gol’tsman Single-photon experiments at telecommunication wavelengths using nanowire superconducting detectors // Applied Physics Letters. — 2007. — V. 91. — Issue 3. — P. 31 106−1 -31 106−3. (авторский вклад 20%).

A24. К. Smirnov, A. Korneev, O. Minaeva, A. Divochiy, M. Tarkhov, S. Ryabchun, V. Seleznev, N. Kaurova, B. Voronov, G. Gol’tsman, S. Polonsky Ultrathin NbN film superconducting single-photon detector array // Journal of Physics: Conference Series. — 2007. — V. 61. — P. 1081−1085. (авторский вклад 50%).

A25. A Korneev, A Divochiy, M Tarkhov, О Minaeva, V Seleznev, N Kaurova, В Voronov, О Okunev, G Chulkova, I Milostnaya, К Smirnov and G Gol’tsman New advanced generation of superconducting NbN-nanowire singlephoton detectors capable of photon number resolving // Journal of Physics: Conference Series. — 2008. — V. 97. — P. 12 307−1 — 12 307−6. (авторский вклад 15%).

A26. К. В. Смирнов, Ю. Б. Вахтомин Приемники инфракрасного и терагерцового излучения на основе сверхпроводниковых наноструктур // Интеграл. -2010.-№ 2.-С. 17−19. (авторский вклад 70%).

А27. Jukna A., Kitaygorsky J., Pan D., Cross A., Perlman A., Komissarov I., Sobolewski R., Okunev O., Smirnov K., Korneev A., Chulkova G., Milostnaya I., Voronov В., Gol’tsman G.N. Dynamics of hotspot formation in nanostructured superconducting stripes excited with single photon // Acta Physica Polonica A. -2008.-V. 113. -N. 3. -P. 955−958. (авторский вклад 15%).

A28. Шангина E.JI., Смирнов К. В., Морозов Д. В., Ковалюк В. В., Гольцман Г. Н., Веревкин А. А., Торопов А. И. Полоса и потери преобразования полупроводникового смесителя с фононным каналом охлаждения двумерных электронов // Физика и техника полупроводников. -2010.-Т. 44.-В. 11.-С. 1475−1478. (авторский вклад 30%).

А29. E. L. Shangina, К. V. Smirnov, D. V. Morozov, V. V. Kovalyuk, G. N. Goltsman, A. A. Verevkin, A. I. Toropov and P. Mauskopf Concentration dependence of energy relaxation time in AlGaAs/GaAs heterojunctions: direct measurements // Semiconductors Science and Technology. — 2011. — V. 26. -P. 25 013 — 25 017. (авторский вклад 30%).

A30. E. JI. Шангина, К. В. Смирнов, Д. В. Морозов, В. В. Ковалюк, Г. Н. Гольцман, А. А. Веревкин, А. И. Торопов Концентрационная зависимость полосы преобразования смесителей субмиллиметрового диапазона на основе наноструктур AlGaAs/GaAs // Известия РАН. Серия физическая. — 2010. -Т. 74. — № 1. — С. 110−112. (авторский вклад 30%).

А31. Веревкин A.A., Птицина Н. Г., Смирнов К. В., Гольцман Г. Н., Гершензон Е. М., Ингвессон К. С. Прямые измерения времен энергетической релаксации на гетерогранице AlGaAs/GaAs в диапазоне 4.2 — 50 К // Письма в ЖЭТФ. — 1996. — Т. 64(5). — С. 371−375. (авторский вклад 25%).

А32. А. А. Веревкин, Н. Г. Птицина, К. В. Смирнов, Г. Н. Гольцман, Е. М. Гершензон, К. С. Ингвессон Множественное андреевское отражение в гибридных структурах на основе сверхпроводящего нитрида ниобия и гетероперехода AlGaAs/GaAs // Физика и техника полупроводников. — 1999. — Т. 33. — В. 5. — С. 590−593. (авторский вклад 30%).

АЗЗ. К. В. Смирнов, Н. Г. Птицина, Ю. Б. Вахтомин, А. А. Веревкин, Г. Н. Гольцман, Е. М. Гершензон Энергетическая релаксация двумерных электронов в области квантового эффекта Холла // Письма в ЖЭТФ. — 2000. -Т. 71 (1). — С. 47−52. (авторский вклад 50%).

А34. Г. Н. Гольцман, К. В. Смирнов Электрон-фононное взаимодействие в двумерном электронном газе полупроводниковых гетероструктур при низких температурах // Письма вЖЭТФ. — 2001. — Т. 74. — С. 532−538. (авторский вклад 50%).

A35. Д. В. Морозов, К. В. Смирнов, A.B. Смирнов, В. А. Ляхов, Г. Н. Гольцман Миллиметровый/субмиллиметровый смеситель на основе разогрева двумерного электронного газа в гетероструктуре AlGaAs/GaAs с.

296 фононным каналом охлаждения // Физика и техника полупроводников. -2005. — Т. 9 (10). — С. 1117−1121. (авторский вклад 40%).

А36. A.D. Semenov, H.-W. Hubers, Н. Richter, М. Birk, M. Krocka, U. Mair, К. Smirnov, G.N. Gol’tsman, B.M. Voronov 2.5 THz hetrodyne receiver with NbN hot-electron-bolometer mixer // Physica С. — 2002. — V. 372−376. — P. 454−459. (авторский вклад 20%).

А37. S.V. Antipov, S.I. Svechnikov, K.V. Smirnov, Yu.B. Vakhtomin, M.I. Finkel, G.N. Goltsman, and E.M. Gershenzon Noise Temperature of Quasioptical NbN Hot Electron Bolometer Mixers at 900 GHz // Phisics of vibrations. — 2001. -V. 9. -N. 4. — P. 242−246. (авторский вклад 20%).

A38. Ю. Б. Вахтомин, М. И. Финкель, С. В. Антипов, К. В. Смирнов, Б. М. Воронов, В. Н. Дракинский, Н. С. Каурова, Г. Н. Гольцман Полоса преобразования смесителей на эффекте разогрева электронов в ультратонких пленках NbN на подложках из Si с подслоем MgO // Радиотехника и электроника. — 2003. — Т. 48. — № 6. — С. 1−5. (авторский вклад 20%).

А39. A.D. Semenov, H.-W. Hubers, Н. Richter, М. Birk, М. Krocka, U. Mair, Y.V. Vachtomin, M.I. Finkel, S.V. Antipov, B.M. Voronov, K.V. Smirnov, N.S. Kaurova, V.N. Drakinski, G.N. Gol’tsman Superconducting hot-electron bolometer mixer for terahertz heterodyne receivers // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. — 2003. — V. 13. — N. 2. — P. 168−171. (авторский вклад 20%).

A40. D.V. Meledin, C.E. Tong, R. Blundell, N.S. Kaurova, K.V.Smirnov, B.M. Voronov, G.N. Goltsman Study of the IF Bandwidth of NbN Phonon-Cooled HEB Mixers Based on Crystalline Quartz Substrate with an MgO Buffer Layer // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. — 2003. — V. 13. — N. 2. -P. 164−167. (авторский вклад 20%).

A41. A. Semenov, H. Richter, К. Smirnov, В. Voronov, G. Gol’tsman, and H.-W. Hubers The development of terahertz superconducting hot-electron bolometric mixers // Superconductor Science and Technology. — 2004. — V. 17. -P. S436-S439. (авторский вклад 25%).

А42. И. В. Пентин, К. В. Смирнов, Ю. Б. Вахтомин, А. В. Смирнов, Р. В. Ожегов, А. В. Дивочий, Г. Н. Гольцман Быстродействующий терагерцовый приемник и инфракрасный счетчик одиночных фотонов на эффекте разогрева электронов в сверхпроводниковых тонкопленочных наноструктурах // Труды МФТИ, Физика, электроника, нанотехнологии. — 2011. — Т. 3. — № 2. — С. 3842. (авторский вклад 30%).

А43. Смирнов КВ., Вахтомин Ю. Б., Смирнов A.B., Ожегов Р. В., Пентин И. В., Дивочий A.B., Сливинская E.B., Гольцман Т. Н. Приемники терагерцового и инфракрасного диапазонов, основанные на тонкопленочных сверхпроводниковых наноструктурах // Вестник НГУ. Серия: Физика. — 2010. — Т. 5. — В. 4. — С. 63−67. (авторский вклад 50%).

Заключение

.