Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2017, № 3 · SOLID STATE ELECTRONICS

Болометр на основе структуры сверхпроводник-изолятор-нормальный металл с подвешенным мостиком из нормального металла

R.A. Iusupov1,2, M.I. Fominskii1, V.S. Edelman3, M.A. Tarasov1,3, A.A. Iurgens4

1 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
2 Московский физико-технический институт (государственный университет)
3 Институт физических проблем им. П.Л.Капицы РАН, Russia
4 Чалмерский технологический университет, Sweden
Full text (PDF) EDN ZFHXWR

Abstract

New type of bolometer with a suspended normal-metal thin film bridges between superconducting aluminum electrodes with tunnel barriers forming a SINIS structure was studied. The lack of direct contact of a normal metal (absorber) and the substrate reduce heat loss to the substrate. Studied bolometers were integrated in dual slot and log-periodic antenna in the terahertz frequency range. The aluminum was used as the superconductor, various options, such as palladium, hafnium and copper studied as a normal metal. Samples were measured in a cryostat at temperatures 75-480 mK. Electric response was more than 109 B/W by heated direct current through an additional pair of contacts in a special structure. Optical response was measured at a frequency of 350 GHz at a temperature of 100 mK, it was more than 2*108 V/W. The current response at the same power of radiation was 1.1*104 A/W, the quantum efficiency was up to 15 electrons at the quantum.

  • bolometer
  • manufacturing suspended structures
  • optical response
  • black body
  • NIS junction
  • СИН переход
  • болометр
  • изготовление подвешенных структур
  • оптический отклик
  • черное тело
Аннотация (на русском)

Болометр на основе структуры сверхпроводник-изолятор-нормальный металл с подвешенным мостиком из нормального металла

Исследован новый тип болометров на основе структуры сверхпроводник-изолятор-нормальный металл - изолятор- сверхпроводник (СИНИС структура), в которой мостик из нормального металла подвешивается между двумя сверхпроводниковыми электродами. Отсутствие непосредственного контакта нормального металла (абсорбера) и подложки позволяет снизить утечки тепла в подложку. Исследованы болометры, интегрированные в двойную щелевую антенну и в логопериодическую антенну, в терагерцовом диапазоне частот. В качестве сверхпроводника использовался алюминий, в качестве нормального металла исследованы различные варианты, такие как палладий, гафний, медь. Образцы измерены в криостате растворения в диапазоне температур 75-480 мК. Электрический отклик составил более 109В/Вт при нагреве структуры постоянным током через дополнительную пару контактов в специальной структуре. Оптический отклик, измеренный на частоте 350 ГГц при температуре 100 мК, составил более 2*108 В/Вт. Токовый отклик при той же мощности излучения составил 1,1*104А/Вт, квантовая эффективность достигает 15 электронов на квант.

For citation

Iusupov R.A., Fominskii M.I., Edelman V.S., Tarasov M.A., Iurgens A.A. Болометр на основе структуры сверхпроводник-изолятор-нормальный металл с подвешенным мостиком из нормального металла // Journal of Radio Electronics. – 2017. – No. 3.

References

  1. I. A. Devyatov, M. Yu. Kupriyanov, High-sensitivity microwave detector based on a Josephson heterostructure, JETP Letters, 2009, vol. 89, No, pp. 451-456
  2. J.Gildemeister, A.Lee, P.Richards, A fully lithographed voltage-biased superconducting spiderweb bolometer, Appl. Phys. Lett., 74, No 6, 868-870 (1999).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. G.Paraonau, A.Halvari, Suspended single-electron transistors: fabrication and measurement, Appl. Phys. Lett., 86,093101 (2005).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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.
  10. P.Koppinen, I.Maasilta, Phonon cooling of nanomechanical beams with tunnel junctions, Phys. Rev. Lett., 102, 165502 (2009).
  11. 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.
  12. V.S. Edelman, A Dilution Microcryostat.Insert., IET,2009, 52, No. 2, p. 301
  13. A.B. Ermakov, S.V. Shitov, A.M. Baryshev, V.P. Koshelets, W. Luinge, "A data acquisition system for test and control of superconducting integrated receivers", Applied Superconductivity Conference ASC'2000, September (2000), Report 4EA10, IEEE Trans. on Appl. Supercond., v.11, No 1, pp. 840-843, (2001)
  14. A.V.Seliverstov, M.A.Tarasov, V.S.Edel'man,Influence of the longitudinal magnetic field on the Andreev conductance of a superconductor-insulator-normal metal structure, JETP Letters, 2016, vol. 103, No 7, pp. 484-488