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
2026, № 6 · RADIO ENGINEERING

Subterahertz SINIS detector with an absorber suspended above the substrate

R.A. Yusupov1, A.A. Gunbina1, M.Y. Fominsky1, A.M. Chekushkin1, V.S. Edelman2, M.A. Tarasov1

1 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
2 Kapitsa IPP RAS, Moscow, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2026.6.4 UDC 520.622 EDN VYMRXT

Abstract

This paper discusses the design of a highly sensitive subterahertz radiation detector based on a superconductor-insulator-normal metal-insulator-superconductor structure with an absorber suspended above the substrate. A technology for fabricating such structures using wet etching of aluminum is described. Detector designs for this structure are proposed that avoid superconductivity suppression in aluminum electrodes due to normal metal wiring. Using the proposed technology, aluminum-based structures with various normal metal absorber materials (hafnium, copper, palladium) were fabricated and studied. A setup for measuring the response of such structures to external radiation is described. The response to external radiation from a blackbody radiation source was measured, and the volt-watt sensitivities and technical noise equivalent power (TNEP) were calculated.

  • subterahertz detector
  • direct detector
  • bolometer
  • quantum detector
  • superconducting tunnel structures
  • superconductor-insulator-normal metal-insulator-superconductor structure
  • wet etching
  • magnetron sputtering
Аннотация (на русском)

Субтерагерцовый СИНИС детектор с подвешенным над подложкой поглотителем

В работе рассмотрена конструкция высокочувствительного субтерагерцового детектора излучения на основе структуры сверхпроводник - изолятор - нормальный металл - изолятор - сверхпроводник с подвешенным над подложкой поглотителем. Описана технология изготовления таких структур c использованием жидкостного травления алюминия. Предложены конструкции детектора такой структуры, в которых нет подавления сверхпроводимости в алюминиевых электродах от разводки из нормальных металлов. По предложенной технологии изготовлены и исследованы структуры на основе алюминия, с различными вариантами материала поглотителя из нормального металла (гафний, медь, палладий). Описана схема измерений отклика таких структур на внешнее излучение. Проведено измерение отклика на внешние излучение от источника излучения в виде черного тела и рассчитаны вольт-ваттные чувствительности и техническая мощность эквивалентная шуму.

For citation

Yusupov R.A., Gunbina A.A., Fominsky M.Y., Chekushkin A.M., Edelman V.S., Tarasov M.A. Subterahertz SINIS detector with an absorber suspended above the substrate // Journal of Radio Electronics. – 2026. – No. 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2026.6.4

References

  1. Likhachev S.F. et al. Subterahertz astronomy in the Russian Federation: Prospects and directions // Cosmic Research. - 2024. - Т. 62. - №. 1. - С. 117-131. https://doi.org/10.1134/S0010952523700764
  2. De Lucia M. et al. Transition edge sensors: Physics and applications // Instruments. - 2024. - Т. 8. - №. 4. - С. 47. https://doi.org/10.3390/instruments8040047
  3. Ulbricht G., De Lucia M., Baldwin E. Applications for microwave kinetic induction detectors in advanced instrumentation // Applied Sciences. - 2021. - Т. 11. - №. 6. - С. 2671. https://doi.org/10.3390/app11062671
  4. Шитов С.В. и др. Прогресс технологии RFTES-детекторов // Журнал технической физики. - 2024. - Т. 94. - №. 7. - С. 1060-1070. https://doi.org/10.61011/JTF.2024.07.58341.168-24
  5. Balega Y. et al. Microwave Receiving System Based on Cryogenic Sensors for the Optical Big Telescope Alt-Azimuth // Sensors. - 2024. - Т. 24. - №. 2. - С. 359. https://doi.org/10.3390/s24020359
  6. Кузьмин Л.С. Сверхчувствительные болометры на холодных электронах для исследования темной материи и темной энергии // Успехи физических наук. - 2005. - Т. 175. - №. 5. - С. 549-555. https://doi.org/10.3367/UFNr.0175.200505h.0549
  7. Nahum M., Eiles T.M., Martinis J.M. Electronic microrefrigerator based on a normal-insulator-superconductor tunnel junction // Applied Physics Letters. - 1994. - Т. 65. - №. 24. - С. 3123-3125. https://doi.org/10.1063/1.112456
  8. Lemziakov S.A. et al. Applications of superconductor-normal metal interfaces // Journal of Low Temperature Physics. - 2024. - Т. 217. - №. 1. - С. 54-81. https://doi.org/10.1007/s10909-024-03144-8
  9. Kuzmin L.S. et al. Photon-noise-limited cold-electron bolometer based on strong electron self-cooling for high-performance cosmology missions // Communications Physics. - 2019. - Т. 2. - №. 1. - С. 104. https://doi.org/10.1038/s42005-019-0206-9
  10. Golubev D., Kuzmin L. Nonequilibrium theory of a hot-electron bolometer with normal metal-insulator-superconductor tunnel junction // Journal of Applied Physics. - 2001. - Т. 89. - №. 11. - С. 6464-6472. https://doi.org/10.1063/1.1351002
  11. Юсупов Р.А. и др. Квантовый отклик болометра на основе структуры СИНИС с подвешенным абсорбером // Физика твердого тела. - 2020. - Т. 62. - №. 9. - С. 1403-1406. https://doi.org/10.21883/FTT.2020.09.49761.11H
  12. Tarasov M. et al. Electrical and optical properties of a bolometer with a suspended absorber and tunneling-current thermometers // Applied Physics Letters. - 2017. - Т. 110. - №. 24. https://doi.org/10.1063/1.4986463
  13. Schallenberg T. et al. Shadow mask technology // Thin Solid Films. - 2002. - Т. 412. - №. 1-2. - С. 24-29. https://doi.org/10.1016/S0040-6090(02)00307-3
  14. Юсупов Р.А. и др. Изготовление туннельных сверхпроводниковых структур селективным химическим травлением алюминия // Журнал технической физики. - 2025. - Т. 95. - №. 9. - С. 1793-1799. https://doi.org/10.61011/JTF.2025.09.61240.98-25
  15. Edelman V.S. A dilution microcryostat-insert // Instruments and Experimental Techniques. - 2009. - Т. 52. - №. 2. - С. 301-307. https://doi.org/10.1134/S002044120902033X
  16. Lemzyakov S.A., Edelman V.S. The use of RuO2 resistors as broadband low-temperature radiation sensors // Instruments and Experimental Techniques. - 2016. - Т. 59. - №. 4. - С. 621-626. https://doi.org/10.1134/S0020441216040205
  17. Чекушкин А.М. и др. Криогенный перестраиваемый спектральный фильтр для калибровки высокочувствительных болометров // Журнал радиоэлектроники. - 2017. - №. 1. http://jre.cplire.ru/jre/jan17/11/text.pdf
  18. Ermakov A.B. et al. A data acquisition system for test and control of superconducting integrated receivers // IEEE transactions on applied superconductivity. - 2001. - Т. 11. - №. 1. - С. 840-843. https://doi.org/10.1109/77.919475
  19. Лемзяков С.А., Тарасов М.А., Эдельман В.С. Влияние внешних воздействий на низкотемпературную проводимость СИНИС туннельных структур // Успехи физических наук. - 2025. - Т. 195. - №. 7. - С. 759-765 https://doi.org/10.3367/UFNr.2024.12.039844
  20. Селиверстов А., Тарасов М., Эдельман В. Исследование Андреевской проводимости структур сверхпроводник-изолятор-нормальный металл // Журнал экспериментальной и теоретической физики. - 2017. - Т. 151. - №. 4. - С. 752-766. https://doi.org/10.7868/S0044451017040150