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
2012, № 9 · PHYSICAL PROBLEMS OF ELECTRONICS

Вольт-ваттная чувствительность и шумовая температура детектора на эффекте электронного разогрева в ультратонких сверхпроводниковых пленках

S.A. Riabchun1, I.V. Tretiakov1, I.V. Pentin1, M.I. Finkel1, P.A. Larionov1, A.V. Maslennikova1

1 Московский педагогический государственный университет
Full text (PDF) EDN PJFKFF

Abstract

The paper presents the main aspects of the hot-electron effect in superconducting films, focusing on the applications of this effect in detectors of electromagnetic radiation. Within the framework of linearised heat balance equations analytic expressions have been obtained for the voltage responsivity and noise temperature of such hot-electron detectors.

  • эффект электронного разогрева в сверхпроводниках
  • детекторы электромагнитного излучения
  • hot-electron effect in superconductors
  • detectors of electromagnetic radiation
Аннотация (на русском)

Вольт-ваттная чувствительность и шумовая температура детектора на эффекте электронного разогрева в ультратонких сверхпроводниковых пленках

В статье приведены основные аспекты явления электронного разогрева в сверхпроводниковых пленках применительно к детекторам электромагнитного излучения на основе этого явления. В рамках линеаризованных уравнений теплового баланса для электрон-фононной системы пленки получены аналитические выражения для вольт-ваттной чувствительности и шумовой температуры детектора.

For citation

Riabchun S.A., Tretiakov I.V., Pentin I.V., Finkel M.I., Larionov P.A., Maslennikova A.V. Вольт-ваттная чувствительность и шумовая температура детектора на эффекте электронного разогрева в ультратонких сверхпроводниковых пленках // Journal of Radio Electronics. – 2012. – No. 9.

References

  1. Prospects for terahertz radio astronomy from northern Chile / R. Blundell, J. W. Barrett, H. Gibson, C. Gottleib, T. R. Hunter, R. Kimberk, S. Leiker, D. Marrone, D. Meledin, S. Paine, D. C. Papa, R. G. Plante, P. Riddle, M. J. Smith, T. K. Sridharan, C.-Y. E. Tong, R. W. Wilson, M. Diaz, L. Bronfman, J. May, A. Otarola, S. J. E. Radford // Proceedings of the 13th International Symposium on Space Terahertz Technology / Harvard University - Cambridge, MA, USA: 2002. - p. 159.
  2. Ground-based terahertz CO spectroscopy towards Orion / J. Kawamura, T.R. Hunter, C.Y.E. Tong, R. Blundell, D.C. Papa, F. Patt, W. Peters, T.L. Wilson, C. Henkel, G. Gol'tsman, and E. Gershenzon // Astron. Astrophys. - 2002. - vol. 394. - pp. 271-274.
  3. SMA - Submillimeter Array. // [Электронный ресурс]. URL: http://www.cfa.harvard.edu/sma
  4. ALMA - Atacama Large Millimeter Array. // [Электронный ресурс]. URL: http://www.almaobservatory.org
  5. SOFIA - Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy. // [Электронный ресурс]. URL: http://www.sofia.usra.edu/.
  6. Hot-electron bolometer terahertz mixers for the Herschel Space Observatory / S. Cherednichenko, V. Drakinskiy, T. Berg, P. Khosropanah, and E. Kollberg // Review of Scientific Instruments. - 2008. - 79. - 034501.
  7. John R. Tucker, Marc J. Feldman. Quantum detection at millimeter wavelengths // Rev. Mod. Phys. - 1985. - vol. 57. - p. 1055.
  8. Смеситель миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн на основе разогрева электронов в резистивном состоянии сверхпроводниковых пленок / М. Гершензон, Г. Н. Гольцман, И. Г. Гогидзе, Ю. П. Гусев, А. И. Елантьев, Б. С. Карасик, А. М. Люлькин, А. Д. Семенов // СФХТ. - 1990. - том 3, часть I. - стр. 2143-2160.
  9. Intense Electromagnetic Radiation Heating of Electrons of a Superconductor in the Resistive State / E. M. Gershenzon, G. N. Gol'tsman, A. I. Elant'ev, B. S. Karasik, and S. E. Potoskuev // Sov. J. Temp. Phys. - 1988. - vol. 14, no. 7. - pp. 414-420.
  10. Low noise and wide bandwidth of NbN hot-electron bolometer mixers / I. Tretyakov, S. Ryabchun, M. Finkel, A. Maslennikova, N. Kaurova, A. Lobastova, B. Voronov, and G. Gol'tsman // Applied Physics Letters. - 2011. - 98. - 033507.
  11. TELLIS - Terahertz and submillimeter Limb Sounder. - Internet page. - 2012. http://www.sron.nl/index.php?option=com_content&view=article&id=99&Itemid=238.
  12. APEX - Atacama Pathfinder Experiment. // [Электронный ресурс]. URL: http://www.apex-telescope.org/.
  13. Observations in the 1.3 and 1.5 THz Atmospheric Windows with the Receiver Lab Telescope / D. P. Marrone, R. Blundell, E. Tong, S. N. Paine, D. Loudkov, J. H. Kawamura, D. Luhr, C. Barrientos // Proceedings of the 16th International Symposium on Space Terahertz Technology / Goteborg, Sweden: 2005. - p. 64.
  14. W. Wild, N. Kardashev. Millimetron-a large Russian-European submillimeter space observatory // Experimental Astronomy. - 2009. - 23. - pp. 221-244.
  15. Разогрев квазичастиц в сверхпроводящей пленке, находящейся в резистивном состоянии / Е. М. Гершензон, М. Е. Гершензон, Г. Н. Гольцман, А. Д. Семенов, А. В. Сергеев // Письма в ЖЭТФ. - 1981. - том 34, вып. 5. - стр. 281-285.
  16. Разогрев электронов в резистивном состоянии сверхпроводника под действием электромагнитного излучения / Е. М. Гершензон, М. Е. Гершензон, Г. Н. Гольцман, А. Д. Семенов, А. В. Сергеев // ЖЭТФ. - 1984. - том. 86, вып. 2. - стр. 758-774.
  17. Неселективное воздействие электромагнитного излучения на сверхпроводящую пленку в резистивном состоянии / Е. М. Гершензон, М. Е. Гершензон, Г. Н. Гольцман, А. Д. Семенов, А. В. Сергеев // Письма в ЖЭТФ. - 1982. - том. 36, вып. 7. - стр. 241-244.
  18. D. Prober. Superconducting terahertz mixer using a transition-edge microbolometer // Appl.Phys.Lett. - 1993. - vol. 62, issue 17. - p. 2119.
  19. E. M. Gershenzon et al., Supercond., Phys. Chem. Technol. 3,. 1582 (1990).
  20. M. Tinkham. Introduction to Superconductivity // Dover Publications Inc. - New York, NY, USA: 2004.
  21. Hot-electron effect in superconductors and its applications for radiation sensors / Alexei D Semenov, Gregory N Gol'tsman, and Roman Sobolewski // Supercond. Sci. Technol. - 2002. - vol. 15. - pp. R1-R16.
  22. Relaxation between electrons and the crystalline lattice / M. L. Kaganov, I. M. Lifshitz, and L. V. Tanatarov // Sov. Phys. JETP - 1957. - vol. 4. - pp. 173-178.
  23. N. Perrin, C. Vanneste. Response of superconducting films to a perodic optical irradiation // Phys. Rev. B - 1983. - vol. 28. - pp. 5150-5160.
  24. Rigorous analysis of a superconducting hot-electron bolometer mixer: theory and comparison with experiment / R. S. Nebosis, A. D. Semenov, Yu. P. Gousev, and K. F. Renk // Proceedings of the 7th International Symposium on Space Terahertz Technology / University of Virginia. - Charlottesville, VA, USA: 1996. - p. 601-613.
  25. Self-heating hotspots in superconducting thin-film microbridges / W. J. Skocpol, M. R. Beasley, and M. Tinkham // Journal of Applied Physics - 1974. - vol. 45. - pp. 4054-4066.
  26. Hotspot mixing: A framework for heterodyne mixing in superconducting hot-electron bolometers / D. Wilms Floet, E. Miedema, T. M. Klapwijk, and J. R. Gao // Applied Physics Letters - 1999. - vol. 74. - pp. 433-435.
  27. G. Reike. Detection of light from the unltraviolet to the submillimeter, 2nd edition // Cambridge University Press. - Cambridge, UK: 2003.
  28. K. Rohlfs, T. L. Wilson, Tools of Radio Astronomy, 4th edition // Springer. - New York, USA: 2000.
  29. R. L. Richards, Bolometers for infrared and millimeter waves // Journal of Applied Physics - 1994. - vol. 76 - pp. 1-24.
  30. N. W. Ashcroft, and N. D. Mermin, Solid State Physics // Saunders. - Philadelphia, USA: 1976.