ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2019, № 12 · ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Электрофизические свойства неохлаждаемых рутениевых микро- и наноболометров

А.С. Ильин1, И.А. Кон1, А.С. Соболев1, А.Г. Коваленко1

1 ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, Москва, Россия
Полный текст (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2019.12.10 УДК 535.231.62 EDN WAALPI

Аннотация

Представлены микро- и наномостики из рутения для неохлаждаемых болометров терагерцового диапазона, работающих при комнатной температуре. Образцы мостиков имеют толщину 20 нм и планарные размеры 2×1 мкм, и 2×0,1 мкм, и были изготовлены с помощью электронно-лучевой литографии на подложках из оксидированного монокристаллического кремния. Были измерены зависимость сопротивления от температуры и ВАХ. На основе полученных характеристик были вычислены температурный коэффициент сопротивления тонкопленочных образцов, дифференциальное сопротивление образцов, а также электрическая вольт-ваттная чувствительность Sv. Последняя составила Sv = 87 В/Вт для мостиков шириной 1 мкм и Sv ≈ 500 В/Вт для ширины 0,1 мкм. Полученная чувствительность превышает известную из литературы для болометров из ниобия, что, по нашему мнению, указывает на перспективность использования рутения в качестве поглотителя для болометров терагерцового диапазона, работающих без охлаждения.

  • рутений
  • неохлаждаемый болометр
  • электронная литография
  • тонкие пленки
  • комнатная температура
  • вольт-ваттная чувствительность
  • температурный коэффициент сопротивления
  • ruthenium
  • Uncooled bolometer
  • electron-beam lithography
  • Ebl
  • thin films
  • room temperature
  • voltage responsivity
  • temperature coefficient of resistance
Abstract (in English)

Electrophysical properties of room-temperature ruthenium microand nano-bolometers

Ruthenium micro- and nano-bridges for uncooled terahertz bolometers operating at room temperature are presented. The bridge samples have a thickness of 20 nm and planar dimensions of 2×1 μm, and 2×0.1 μm, and were fabricated using electron beam lithography on oxidized single-crystal silicon substrates. The temperature dependence of the resistance and the I-V characteristics were measured. Based on the obtained characteristics, the temperature coefficient of resistance for thin-film samples, the differential resistance of the samples, and the electric voltage responsivity Sv were calculated. The latter was Sv = 87 V/W for the bridges 1 μm wide and Sv ≈ 500 V/W for the 0.1 μm wide. The obtained responsivity exceeds that of niobium bolometers known from the literature, which, in our opinion, indicates the prospects of using ruthenium as an absorber for terahertz bolometers operating without cooling.

Для цитирования

Ильин А.С., Кон И.А., Соболев А.С., Коваленко А.Г. Электрофизические свойства неохлаждаемых рутениевых микро- и наноболометров // Журнал радиоэлектроники. – 2019. – № 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.12.10

Литература

  1. Wallace V.P., Fitzgerald A.J., Pickwell-MacPherson E. Understanding terahertz data for medical applications. 37th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, Wollongong, NSW, 2012. P.1-2. DOI: 10.1109/IRMMW-THz.2012.6380434
  2. Ren A.F., Zahid A., Fan D., Yang X.D., ImranM.A., Alomainy A., Abbasi Q.H. State-of-the-Art in Terahertz Sensing for Food and Water Security - a Comprehensive Review. Trends in Food Science & Technology. 2019. Vol. 85. P. 241-251. DOI: 10.1016/j.tifs.2019.01.019
  3. Kemp M.C. Detecting hidden objects: Security imaging using millimetre-waves and terahertz. 2007 IEEE Conference on Advanced Video and Signal Based Surveillance, London, 2007, P. 7-9. DOI: 10.1109/AVSS.2007.4425277
  4. Rogalski A., Sizov F. Terahertz detectors and focal plane arrays. Opto-Electronics Review. 2011. Vol.19. No.3. DOI: 10.2478/s11772-011-0033-3
  5. Sizo, F.F. THz radiation detectors: State-of-the art. Semiconductor Science and Technology. 2018. Vol.33. 123001. DOI:10.1088/1361-6641/aae473
  6. Muravev V.M., Kukushkin I.V. Plasmonic detector/spectrometer of subterahertz radiation based on two-dimensional electron system with embedded defect. Applied Physics Letters. 2012. Vol.100. No.8.art. no. 082102. DOI: 10.1063/1.3688049
  7. Miller A.J., Luukanen A., Grossman E.N. Micromachined antenna-coupled uncooled microbolometers for terahertz imaging arrays. Proc. SPIE 5411, Terahertz for Military and Security Applications II, 8 September 2004. DOI: 10.1117/12.543236
  8. Уваров А.В., Кузьмин А.А., Шитов С.В., Коваленко А.Г. Электрические измерения тонкопленочных ниобиевых микроструктур для неохлаждаемых болометров миллиметрового и субмиллиметрового диапазона длин волн, Журнал радиоэлектроники. 2011. №3. URL http://jre.cplire.ru/jre/mar11/3/text.pdf
  9. Jaeger F.M., Rosenbohm E. The Temperature-Coefficient of the Electrical Resistance of Ruthenium and its Thermo-electrical Behaviour with respect to Platinum, Proc. Ned. Akad. v. Wetensch., Amsterdam. 1941. Vol. 44. P.144-152
  10. Ilin A.S, Cohn I.A., Vystavkin A.N., Kovalenko A.G. Thin film ruthenium microstructures for transition edge sensors. Proc. SPIE 10224, International Conference on Micro- and Nano-Electronics 2016, 102240S. 30 December 2016. DOI https://doi.org/10.1117/12.2266275
  11. R. Clark Jones. The General Theory of Bolometer Performance. Journal of the Optical Society of America. 1953. Vol.3. No.1. DOI: 10.1364/JOSA.43.000001