Криогенный болометр с подвешенным абсорбером

Tarasov, Mikhail Aleksandrovich; Edelman, Valerian Samsonovich; Fominskii, Mikhail Iurevich; Iusupov, Renat Albertovich; Iurgens, Avgust

M.A. Tarasov^1,2,3, V.S. Edelman², M.I. Fominskii¹, R.A. Iusupov^1,4, A. Iurgens³

Abstract

A robust and simple technology for making suspended normal-metal (N) thin film bridges between superconducting (S) aluminum electrodes with tunnel barriers (I) was developed. The bridges represent effective bolometer absorbers with reduced heat losses to substrates. Such SINIS bolometers integrated with planar antennas are intended for operation in the THz-range of radiation. Samples with different absorber materials were fabricated and current-voltage characteristics were measured at mK temperatures. Samples with Cu absorber demonstrate a high sub-gap resistance that makes them competitive to conventional detectors. Potentially, such bolometers can improve the optical responsivity by an order of magnitude, up to 10⁹ V/W, as estimated from the equivalent dc power response in earlier prototypes.

bolometer
manufacturing suspended structures

Аннотация (на русском)

Криогенный болометр с подвешенным абсорбером

Разработана простая и надежная технология для изготовления подвешенного тонкоплёночного мостика из нормального металла между двумя сверхпроводниковыми алюминиевыми электродами. С помощью подвешенного моста достигается уменьшение теплопровода в подложку. Такие болометры на основе структуры сверхпроводник- изолятор- нормальный металл- сверхпроводник - изолятор(СИНИС), интегрированные в планарные антенны, предназначены для работы в ТГц диапазоне излучения, изготовлены образцы с различными поглощающими материалами и измерены их вольт-амперные характеристики при низких температурах (до 100мК). Образцы с медными поглотителями демонстрируют высокое «подщелевое» сопротивление, что делает их способными конкурировать с обычными детекторами. Потенциально, в таких болометрах оптическая чувствительность может быть увеличена до 10⁹ В/Вт, что было оценено по отклику по постоянному току в ранних прототипах.

For citation

Tarasov M.A., Edelman V.S., Fominskii M.I., Iusupov R.A., Iurgens A. Криогенный болометр с подвешенным абсорбером // Journal of Radio Electronics. – 2016. – No. 1.

References

J.Gildemeister, A.Lee, P.Richards, A fully lithographed voltage-biased superconducting spiderweb bolometer, Appl. Phys. Lett., 74, No 6, 868-870 (1999).
L.Kuzmin, D.Chouvaev, M.Tarasov, P.Sundquist, M.Willander, T.Claeson, On concept of normal metal hot-electron microbolometer for space applications, IEEE Trans. Appl. Supercond., 9 (2), 3186-3189 (1999).
M.Tarasov, V.Edelman, A.Ermakov, S.Mahashabde, L.Kuzmin, Quantum efficiency of cold-electron bolometer optical response, IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., 5 (1), 44-48 (2015).
M. Tarasov, L. Kuzmin, and N. Kaurova, “Thin multilayer aluminum structures for superconducting devices,” Instruments and Experimental Techn., vol. 52, no. 6, pp. 877-881, 2009.
P.Koppinen, I.Maasilta, Phonon cooling of nanomechanical beams with tunnel junctions, Phys. Rev. Lett., 102, 165502 (2009).
J.Muhonen, A.Niskanen, M.Meschke, Yu.Pashkin, J.S.Tsai, L.Sainiemi, S.Franssila, J.Pekola, Electronic cooling of a submicron-sized metallic beam, Appl. Phys. Lett., 94, 0731101 (2009).
G.Paraonau, A.Halvari, Suspended single-electron transistors: fabrication and measurement, Appl. Phys. Lett., 86,093101 (2005).
T.Li, Yu.Pashkin, O.Astafiev, Y.Nakamura, J.Tsai, H.Im, Low-frequency charge noise in suspended aluminum single-electron transictors, Appl. Phys. Lett., 91, 033107 (2007).
H.Nguyen, L.Pascal, Z.Peng, O.Buisson, B.Gilles, C.Winkelmann, Etching suspended superconducting tunnel junctions from multilayer, Appl. Phys. Lett., 100, 252602 (2012).
A.Timofeev, P.Helisto, L.Gronberg, A.Luukanen, H.Seppa, J.Hassel, Suspended tunnel junction bolometers for Terahertz range, The Open Applied Physics Journal, 2012, 5, 34-40.