Болометр на основе структуры сверхпроводник-изолятор-нормальный металл с подвешенным мостиком из нормального металла
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
- I. A. Devyatov, M. Yu. Kupriyanov, High-sensitivity microwave detector based on a Josephson heterostructure, JETP Letters, 2009, vol. 89, No, pp. 451-456
- 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).
- 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.
- P.Koppinen, I.Maasilta, Phonon cooling of nanomechanical beams with tunnel junctions, Phys. Rev. Lett., 102, 165502 (2009).
- 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.
- V.S. Edelman, A Dilution Microcryostat.Insert., IET,2009, 52, No. 2, p. 301
- 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)
- 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