Вахтомін ЮБ, Антипов СВ, Масленников СН, Смирнов КВ, Поляков СЛ, Чжан В, Свечников СІ, Каурова НС, Гришина ОВ , Воронов БМ і ГН Гольцман ГН Московський педагогічний державний університет вул М Пироговська, д 1, м Москва, 119992, Росія тел: 495-2461202, e-mail: vachtomin@mailru

Анотація – Представлені результати вимірювання характеристик змішувачів на ефекті розігріву електронів у тонких надпровідникових плівках NbN Змішувачі були виготовлені на основі плівок NbN товщиною 2-35 нм обложених на кремнієву підкладку з буферним подслоем МДО Змішувальний елемент узгоджувався з планарної логоперіодична спіральної антеною Краще значення шумової температури приймача на основі NbN змішувача склало 1300 К і 3100 К на частотах гетеродина 25 ТГц та 38 ТГц, відповідно Максимальне значення смуги перетворення, виміряної на частоті 900 ГГц, досягло значення 52 ГГц для змішувача виготовленого з NbN плівки товщиною 2 нм Оптимальна потужність гетеродинного джерела склала 1-3 мкВт для змішувачів з різним обємом змішувального елемента

I                                       Введення

Інтенсивність і спектральний склад випромінювання областей всесвіту, в яких протікають процеси зореутворення містить в собі інформацію про процеси, що відбуваються при утворенні нових зірок І галактик Випромінювання, що припадає на субміліметровий і далекий інфрачервоний діапазон, забезпечує близько половини реєстрованої яскравості спостережуваних галактик, включаючи Чумацький Шлях

Створення чутливих радіоастрономічних інструментів високого дозволу для терагерцового діапазону частот являє собою актуальну задачу В даний час існує ряд міжнародних радіоастрономічних проектів, а так же проектів спрямованих на дослідження атмосфери Землі, які орієнтовані на терагерцовий діапазон частот Ті з них, які спрямовані на дослідження частотного діапазону вище 12 ТГц, застосовують змішувачі на ефекті електронного розігріву в надпровіднику (Hot Electron Bolometer), оскільки в цьому діапазоні ці змішувачі не мають конкурентоспроможних аналогів Зокрема, такі проекти як TELIS [1] і HERSCHEL [2] орієнтовані на розробку гетеродинного приймача з каналом 18 ТГц і спектрометра з двома каналами, які перекривають діапазон частот 141-191 ТГц, відповідно

На частотах до 25 ТГц шумова температура приймачів на основі Нев знаходиться у відповідності зі значенням 101пш / к Однак деякі дослідницькі проекти повязані з розробкою змішувачів оптимізованих на більш високі частоти, наприклад, в рамках проекту SOFIA [3] створюється гетеродинний приймач на 48 ТГц Результати вимірювань на частотах гетеродина вище

25 ТГц показали значне відхилення від рівня 101пш / к [4] Тому розробка змішувачів оптимізованих на високі частоти є актуальним завданням

Смуга перетворення є не менш важливою характеристикою, ніж чутливість гетеродинного приймання Це повязано з тим, що в терагерцевому діапазоні частот не існує перебудовуються гетеродинних приймачів, що ускладнює виявлення ліній на частотах далеко віддалені від частоти гетеродина

У радіоастрономічних інструментах перевага віддається твердотілим гетеродинним джерелам терагерцового діапазону в силу їх компактності, малої маси і потужності споживання, незважаючи на невелику величину вихідний ПОТУЖНОСТІ Вихідна потужність таких джерел на частоті 2 ТГц не перевищує 1 мкВт З силу цієї причини при створенні змішувачів актуальною є задача зниження необхідної потужності гетеродинного джерела

II                               Основна частина

Змішувачі на ефекті електронного розігріву були виготовлені з тонкої надпровідної плівки NbN обложеної на кремнієву підкладку з буферним подслоем МДО Ультратонкі плівки NbN були отримані методом реактивного магнетронного розпилення ниобиевой мішені Квазіоптичні змішувачі з чутливим елементом субмікронних розмірів були виготовлені за допомогою електронної та Фотолітографія Фотографія центральної частини змішувача отримана на електронному скануючому мікроскопі представлена ​​на малюнку 1

Рис 1 Зображення спіральної антени (ліворуч) і центральної частини спіральної антени з NbN містком (праворуч) отримане на електронному скануючому мікроскопі

Fig 1 SEM micrograph of the spiral antenna (left) and central part of spiral antenna with NbN bridge (right)

Змішувачі були виготовлені із плівок NbN ТОВЩИНОЮ 2-35 нм на кремнієвій підкладці з буферним подслоем МДО і мали температуру надпровідного переходу 9-11 К

Шумова температура приймача визначалася при ДОПОМОГИ стандартної методики «холодної» (77 К) І «гарячої» (300 К) навантаження В якості гетеродинного джерела використовувався газорозрядний лазер на парах води з лініями генерації поблизу 25 І 3,8 ТГц

Краще значення шумової температури приймача на основі електронно – разогревного змішувача склало 1300 К і 3100 К на частотах гетеродина

25 І 38 ТГц, відповідно

Смуга перетворення змішувача на ефекті електронного розігріву визначається часом електрон-фононної взаємодії Хел-фон і часом виходу нерівноважних фононів в підкладку Твих [5] Час виходу Хвих залежить від товщини плівки d і коефіцієнта акустичного узгодження між NbN плівкою і підкладкою а наступним чином: Хвих = Ad / au, де і – швидкість звуку в нітриді ніобію

Час електрон-фононної взаємодії Хел <