Сверхпроводниковые наноболометры-сенсоры на горячих электронах и матрицы на их основе для высокочувствительных изображающих радиометров Терагерцового диапазона

 

В. А. Черепенин, А. Н. Выставкин, А. Г. Коваленко, С. В. Шитов, О. В. Корюкин, И. А. Кон, А. А. Кузьмин, А. В. Уваров, А. С. Ильин
Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН

Получена 22 марта 2011 г.
 

Аннотация. Представлен сопоставительный обзор состояния исследований и разработок сверхчувствительных сверхпроводниковых наноболометров-сенсоров для матричных изображающих радиометров терагерцового диапазона частот. Сделан вывод о предпочтительной конструкции таких болометров. Наиболее обещающими с точки зрения достижения максимально высокой предельной чувствительности являются наноболометры на горячих электронах с сенсором на краю сверхпроводникового перехода (СКП = TES), совмещенным с поглотителем излучения, в противоположность болометрам, у которых поглотителем излучения являются подвешенные мембраны, а сенсоры на краю сверхпроводникового перехода являются элементами, измеряющими температуру мембран. Размеры совмещенного поглотителя-СКП должны быть предельно малыми: вплоть до нескольких десятков нанометров, а рабочая температура должна быть сверхнизкой: вплоть до 30 – 40 мК. Для согласования при передаче энергии терагерцового излучения к таким малоразмерным наноболометрам должны быть применены интегральные блоки, состоящие из иммерсионных линз, планарных антенн и микрополосковых и копланарных линий с включенными в них наноболометрами. Рассмотрены конструкция, технология изготовления и применения изображающих радиометров с названными выше наноболометрами-сенсорами.

Ключевые слова: матрицы терагерцовых детекторов, предельно высокая чувствительность, изображающие радиометры.
 

Abstract. The comparative review of investigations and development state of super high sensitive superconducting nanobolometers-sensors for terahertz frequency range imaging array radiometers is presented. The conclusion concerning preferred design of such bolometers is made. Hot-electron nanobolometers with combined radiation absorber and transition edge sensor (TES) are most promising for the achievement of utmost high sensitivity as opposed to bolometers which radiation absorbers are made as suspended membranes and transition edge sensors are just membrane temperature measuring elements. Dimensions of absorber-TES combination have to be small to the limit – down to tens of nanometer, and operation temperature has to be super low – down to 30 – 40 mK. The networks of immersion lens, planar antenna, microstrip and coplanar lines with nanobolometer coupled into them have to be used to match THz radiation energy transfer to such small nanobolometers. The design, fabrication technology and application of imaging radiometers using mentioned above nanobolometers-sensors are considered.

Keywords:  terahertz detector arrays, utmost high sensitivity, imaging radiometers.