Рис. 8. Фотография центральной части тестовой структуры, сделанная в оптическом микроскопе. В центре виден ниобиевый мостик размером 2Ч1 мкм и золотые контакты по 4-х точечной схеме.
Четвертая глава посвящена технологии изготовления и исследованию криогенного ультраширокополосного фильтра низких частот на основе тонкопленочного конденсатора и витой пары из манганина с полосой 0,1- 10 ГГц.
Для достижения предельно высокой чувствительности низкотемпературных болометров необходима фильтрация цепей постоянного смещения, подаваемого на эти приборы. Необходимо также, чтобы сам фильтр имел как можно меньшую температуру и тем самым не давал значительных тепловых нагрузок и шумов. Ещё одним требованием является независимость характеристик фильтров от температуры. В качестве конденсатора была использована тонкопленочная структура на кремнии, которая может быть выполнена на одном кристалле с сенсором, а в качестве сопротивления предложено использовать подводящие провода из манганина, свитые в витую пару. Такой фильтр может иметь заграждение в 60 дБ уже при 1 ГГц и, при этом, его характеристики не будут зависеть от температуры вплоть до 0,1 К и достаточно легко поддаваться расчету (в отличие от порошковых фильтров). Расчетные характеристики представлены на рис. 9.
Рис. 9. Расчетное значение ослабления сигнала при прохождении через фильтр и входное отражение.
Характеристики изготовленных тестовых RC-фильтров были исследованы на векторном анализаторе цепей Agilent PNA-X N5242A (10 МГц -26,5 ГГц). Частотные зависимости прохождения сигнала представлены на рис 10. Ослабление сигнала составило около -50 дБ на частоте 1 ГГц.
Рис. 10. Частотная зависимость коэффициента прохождения сигнала с порта 1 на порт 2 анализатора цепей (S12).
В Заключении приведены основные результаты диссертационной работы.
1. Разработана устойчивая технология получения тонких сверхпроводящих микроструктур из пленок титана толщиной ~100 нм на кремниевой подложке с использованием метода «lift-off» и, жидкостного травления с различными масками. Выявлены основные факторы, влияющие на ширину и температуру сверхпроводящего перехода (Tк~ 0,35 К) в таких структурах.
2. C помощью электронно-лучевой литографии изготовлен чип приемного элемента состоящего из титанового СКП микропоглотителя, подводящих и фильтрующих микрополосковых и копланарных линий из ниобия и планарной двухщелевой антенны. Была исследована температурная зависимость сопротивления поглотителя в готовых чипах.
3. Разработана технология изготовления микроструктур из тонкопленочного ниобия (20 нм) на подложке из SiO2 с золотыми контактами методом «взрывной» литографии.
4. Изготовлены прототипы неохлаждаемых ниобиевых болометров микронных размеров на теплоизолирующей подложке Из электрических измерений оценен отклик () и шумы такого болометра (), определен оптимальный режим работы по току смещения (Ibais = 3 мА).
5. Разработана технология изготовления и изготовлен высокоэффективный ультраширокополосный фильтр низких частот на основе тонкопленочного конденсатора и витой пары из манганина для криогенных терагерцовых приемников. Исследованы его фильтрующие характеристики в диапазоне частот от 100 кГц до 26,5 ГГц. Получено ослабление -50 дБ на частоте 1 ГГц.
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. A.N. Vystavkin, A.G. Kovalenko, S.V. Shitov, A.V. Pestryakov, S.E. Bankov, Yu.N. Kazantsev, V.F. Zabolotny, E.V. Frolova, I.A. Cohn, O.V. Koryukin, A.A. Kuzmin, A.A. Zubovich, A.V. Uvarov, A.S. Il'in. Development of ultra low-noise two-polarization 0.3 - 1.5 THz TES bolometer arrays for ground-based and space telescopes //Abstract for Eighth International Workshop on Low Temperature Electronics, Jena/Gabelbach, Germany June 22-25, 2008.
2. A.N. Vystavkin, A.G. Kovalenko, S.V. Shitov, A.V. Pestryakov, S.E. Bankov, V.F. Zabolotny, E.V. Frolova, I.A. Cohn, O.V. Koryukin, A.A. Kuzmin, A.A. Zubovich, A.V. Uvarov, A.S. Il'in, V.N. Trofimov, A.N. Chernikov, V.F. Vdovin, V.G. Perminov, O.S. Bol'shakov, M.G. Mingaliev, G.V. Yakopov. Development of high sensitive 1.2 mm imaging radiometer with two-polarization antenna- coupled TES-bolometer array for ground-based 6 m optical telescope // Proceedings of SPIE, Volume: 7020, 2008.
3. А.Н. Выставкин, А.Г. Коваленко, С.В. Шитов, О.В. Корюкин, И.А. Кон, А.А. Кузьмин, А.В. Уваров, А.С. Ильин. Сверхпроводниковые наноболометры - сенсоры на горячих электронах для сверхчувствительных матричных радиометров терагерцового диапазона частот. //Международная научно-техническая конференция «Нанотехнологии и наноматериалы», МГОУ, Москва , 30-31 марта, 1 апреля 2009г.
4. А.Н. Выставкин, А.Г. Коваленко, С.В. Шитов, О.В. Корюкин, И.А. Кон, А.А. Кузьмин, А.В.Уваров, А.С. Ильин. Сверхпроводниковые наноболометры - сенсоры на горячих электронах для сверхчувствительных матричных радиометров терагерцового диапазона частот. // III Всероссийская конференция «Радиолокация и радиосвязь», Москва, ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, 26-30 октября 2009 г.
5. А.Н. Выставкин, А.Г. Коваленко, С.В. Шитов, О.В. Корюкин, И.А. Кон, А.А. Кузьмин, А.В. Уваров, А.С. Ильин. Сверхпроводниковые наноболометры - сенсоры на горячих электронах для сверхчувствительных матричных радиометров терагерцового диапазона частот. //Радиотехника и электроника, том 55, №6, июнь 2010.
6. А.А. Кузьмин, А.Г. Коваленко, С.А. Ковтонюк. Технология изготовления интегральных сверхпроводниковых болометров терагерцового диапазона частот. // Нано- и микросистемная техника, 2010, №10, с. 16-21.