Квантовая эффективность и темновой счет NbN сверхпроводникового инфракрасного однофотонного детектора тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.03, кандидат физико-математических наук Корнеев, Александр Александрович

• Корнеев, Александр Александрович
• кандидат физико-математических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Корнеев, Александр Александрович

Список сокращений

Введение

Глава 1. Обзор литературы и постановка задачи

1.1 Современные однофотонные детекторы.

1.2 Однофотонный сверхпроводниковый детектор на основе тонкой пленки NbN.

1.3 Выбор объекта исследования и постановка задачи.

Глава 2. Изготовление образцов и методика эксперимента.

2.1 Технология изготовления и методы отбора образцов.

2.2 Описание экспериментальной установки и методики измерений

2.3 Калибровка мощности для определения квантовой эффективности.

2.4 Особенности методики измерения скорости темпового счета.

2.5 Выводы.4G

Глава 3. Механизм возникновения однофотонного отклика в тонких сверхпроводящих пленках

3.1 Формирование и развитие горячего пятна в тонкой сверхпроводящей пленке при поглощении фотона.

3.2 Однофотонный и многофотонный процессы детектирования топкой сверхпроводящей пленкой.

3.3 Выводы.

Глава 4. Квантовая эффективность сверхпроводникового однофотонного детектора

4.1 Эффект однофотонного детектирования

4.2 Зависимость числа фотоотсчетов от транспортного тока.

4.3 Зависимость квантовой эффективности от толщины пленки

4.4 Выводы.

Глава 5. Скорость темпового счета и эквивалентная мощность шума

5.1 Зависимость скорости темпового счета от транспортного тока.

5.2 Эквивалентная мощность шума.

5.3 Применение

5.4 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Квантовая эффективность и темновой счет NbN сверхпроводникового инфракрасного однофотонного детектора»

За последние десятилетия появились новые поколения высокочувствительных сверхпроводниковых детекторов. Это и смесители миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн, и прямые детекторы, и счетчики фотонов, работающие в широком диапазоне волн от микроволнового до рентгеновского. В настоящее время в этой области ведутся активные работы как по улучшению характеристик уже существующих типов сверхпроводниковых детекторов, так и по разработке принципиально новых устройств. Сверхпроводниковые детекторы уже продемонстрировали высокие технические характеристики в радиодиапазоне, в дальнем, среднем и ближнем ИК, в оптическом и рентгеновском диапазонах. Это сделало их пригодными для применения в таких областях, как радиоастрономия, диагностика плазмы, исследование лазеров, детектирование одиночных фотонов в квантовых системах связи.

Значительный прогресс в области разработки компактных криостатов и машин замкнутого цикла снизил стоимость эксплуатации криодетекторов, сделал возможной их эксплуатацию персоналом не имеющим квалификации для работы с низкотемпературной техникой, стало возможно применение таких детекторов на космических спутниках для радиоастрономических наблюдений и систем связи.

Приемники на основе сверхпроводниковых детекторов имеют целый ряд преимуществ перед традиционными высокотемпературными детекторами. В первую очередь, это — высокая чувствительность, обусловленная как малой величиной энергетической щели в сверхпроводнике, так и очень низким уровенем тепловых шумов. Это и высокое быстродействие обусловленное малой теп л оем костыо.

Актуальность разработки сверхпроводниковых однофотонных детекторов инфракрасного диапазона определяется, в первую очередь, всё возрастающими потребностями современной науки и техники, которые уже не в полной мере удовлетворяются техническими характеристиками электровакуумных фотоумножителей (ФЭУ) и лавинных фотодиодов (ЛФД), традиционно используемых в качестве однофотонных детекторов.

Сверхпроводниковые однофотонные детекторы привлекательны в тех областях, где требуется предельная чувствительность для регистрации крайне слабых оитических сигналов. Недавно появилась технология неразрушающе-го анализа неисправностей интегральных микросхем, основанная на детектировании света, излучаемого переключающимися транзисторами и проходящего через кремниевую подложку микросхемы. Ряд компаний ведут активную работу в этом направлении: NPTest-Credence1, Semicaps, Quantum Focus Instruments.

Использование более чувствительных детекторов, обладающих высоким быстродействием и высоким временным разрешением позволит увеличить длину волоконно-оптических линий связи и избежать использования дорогих оптических усилителей. В ряде биомедицинских применений используется техника получения изображений с использованием сверхбыстрых однофотонных детекторов видимого и ИК диапазонов, например, коррелированная по времени флюоресцентная спектроскопия2, а также техника времяпролет-пой оптической томографии3. Использование однофотонных детекторов позволяет повысить чувствительность оптической временной рефлектометрии

1 http: //www.nptcst.com / products / probe/idsOptica.htm

2http://www.picoquant.com/instnimcntation.btm и http://www.bcckcr-hickl.de/

3http: //www.mcdphys.ucl.ac.uk/research/borl/research / monstir /

Optical time-domain reflectometry — OTDR)[l].

Квантовые оптические технологии, разработанные для применения в криптографии и метрологии, в том числе основанные на применении спонтанного параметрического рассеяния, ориентированы на использование телекоммуникационных длин волн. Однако квантовая эффективность и шумы детекторов на основе ЛФД и ФЭУ в настоящее время ограничивают длину квантовокриитографического канала до 100 км[2] — основное ограничение в большинстве реализаций. Квантовая метрология также нуждается в одно-фотонных детекторах для таких применений как квантовая оптикокогерент-ная томография (quantum optical-coherence tomography) [3]. В долгосрочной перспективе все квантовые информационные технологии получат большую выгоду от доступности эффективных и быстрых однофотонных детекторов.

В сложившейся ситуации актуальным является экспериментальное исследование возможностей однофотонпого детектирования в однородных тонких сверхпроводящих плёнках. Это объясняется как относительной простотой изготовления практических топкопленочных детекторов, так и возможностью достижения высокой чувствительности и рекордно высокого быстродействия и временного разрешения.

В настоящей работе исследуется новый эффект однофотонпого детектирования в узких и тонких сверхпроводящих плёнках (мостиках) в условиях протекания электрического тока близкого к критическому току распаривания. На основе этого эффекта предложен новый тип одиофотонного детектора оптического и ИК диапазонов [4]. Детектор потенциально обладает высоким быстродействием (длительность отклика на мостиках длиной 1—10 мкм сотавляла около 180 пс), квантовой эффективностью, составляющей десятки процентов в видимом и ближнем ИК диапазонах, малой скоростью темпового счета 10-4с-1) и рекордно малым джиттером (нестабильностью времени возникновения отклика относительно момента поглощения фотона, которая составляет ~ 35 пс). Кроме того, предложенные детекторы пригодны для изготовления матричных приемников. При этом, в отличие от ЛФД, в сверхпроводящих детекторах при поглощении фотона не возникает паразитной фотоэмиссии, засвечивающий соседние элементы матрицы.

Целыо диссертационной работы являлось исследование механизма возникновения резистивного состояния в узких полосках из тонкой однородной сверхпроводящей плёнки NbN как при поглощении одиночных фотонов оптического и ИК излучений, так и в отсутвие падающего излучения (ложные срабатывания, обуславливающие темновой счет детектора). Это включало в себя определение условий однофотонного детектирования, исследование влияния геометрии структур (ширины полоски, толщины пленки) на квантовую эффективность на различных длинах волн в интервале 0.56—1.55 мкм и на вероятность возникновения ложных срабатываний (темпового счета), измерение величины эквивалентной мощности шума.

В качестве объекта исследования выбраны сверхпроводящие полоски шириной от 150 нм до 200 нм и длиной от 3G мкм до 350 мкм, изготовленные методом электроннолучевой литографии из плёнок NbN толщиной 3.5 нм и 10 нм. Плёнки наносились на сапфировую подложку методом магнетронпо-го распыления Nb в газовой смеси N2 и Аг. Работа предполагала дальнейшее применение полученных результатов для создания практических детекторов. Поэтому для удобства фокусировки излучения на детектор, полоска изготавливалась не прямой, а изогнутой в виде меандра, покрывающего площадку 4 мкм х 4 мкм или 10 мкм х 10 мкм.

Предмет работы включает в себя:

• Разработку и изготовление экспериментальной установки, обеспечивающей измерение квантовой эффективности исследуемых образцов при рабочей температуре 4.2 К в интервале длин волн 0.56—1.55 мкм с использованием непрерывных источников излучения.

• Разработку и изготовление экспериментальной установки для измерения скорости темпового счета исследуемых образцов при температуре 4.2 К.

• Разработка теоретической модели, описывающей отклик тонкой сверхпроводниковой пленки NbN на поглощение ИК фотона.

• Измерение квантовой эффективности исследуемых структур в зависимости от рабочего тока, длины волны излучения, геометрических размеров приёмных элементов и толщины пленки.

• Измерение зависимости скорости темпового счета от величины рабочего тока и геометрических размеров образцов и толщины пленки. Получение величины эквивалентной мощности шума.

• Сравнение полученных экспериментальных результатов с модельными теоретическими расчётами.

Особенностью методик исследования однофотонных процессов является статистический характер измеряемых величин. Излучение источников, подаваемое на образец, ослаблялось настолько, что время отклика образца на поглощение фотона было много меньше среднего времени между попаданиями фотонов на образец. Это обеспечивало одпофотонпость отклика. Уникальность предлагаемых методов исследования в первую очередь определяется спецификой исследуемого объекта: сверхпроводниковые наноструктуры представляют собой полоски в форме меандра, толщина которых меньше или сравнима с длиной когерентности куперовских пар, а ширина больше длины когерентности, но гораздо меньше глубины проникновения магнитного поля.

Кроме того, неравновесные процессы исследуются при температуре ~ 0.5Тс, но в присутствие тока, близкого к критическому.

В процессе работы были получены следующие новые научные результаты:

• Разработана модель, описывающая формирование резистивной области ("горячего пятна") при поглощении фотона узкой полоской из сверхпроводящей пленки, а также последующую динамику развития этой области.

• Для узких полосок из тонкой сверхпроводящей пленки NbN исследована зависимость квантовой эффективности от транспортного тока на длинах волн 0.56, 0.67, 0.94, 1.26, 1.55 мкм при температуре 4.2 К.

• Исследована зависимость квантовой эффективности от толщины пленки NbN, из которой изготовлена сверхпроводящая полоска. Уменьшение толщины пленки с 10 до 3.5 нм приводит к увеличению квантовой эффективности в ИК диапазоне в 30-40 раз.

• Исследована зависимость скорости темпового счета от транспортного тока для узких полосок из пленки NbN толщиной 3.5 и 10 нм при температуре 4.2 К. Скорость темпового счета экспоненциально зависит от транспортного тока. Показатель экспоненты увеличивается с увеличением толщины пленки.

• Измерена эквивалентная мощность шума детекора на основе узкой полоски из тонкой сверхпроводящей пленки NbN в диапазоне длин воли 0.56 — 1.55 мкм при температуре 4.2 К.

• На основании экспериментальных результатов по измерению зависимостей квантовой эффективности от транспортного тока произведена оценка размеров образующейся резистивной области при поглощении фотонов. Результаты этой оценки, выполненные для различных длин волн и для различных толщин пленки, согласуются с выводами теоретической модели.

На защиту выносятся следующие положения:

При поглощении фотона полоской шириной 150 — 200 нм из сверхпроводящей пленки NbN толщиной 3.5 — 10 нм, несущей транспортный ток близкий к критическому, формируется резистивная область ("горячее пятно") размером порядка длины термализации, но существенно меньше ширины полоски. После этого транспортный ток вытесняется в боковые области вокруг "горячего пятна", где его плотность становится выше критической, приводя к появлению напряжения на концах полоски.

Квантовая эффективность детектирования фотонов узкой и тонкой сверхпроводящей полоской из NbN экспоненциально падает с уменьшением транспортного тока, при некотором пороговом значении тока зависимость квантовой эффективности от транспортного тока переходит в экспоненту с большим показателем. Пороговое значение тока уменьшается с уменьшением длины волны излучения и с уменьшением толщины пленки: при толщине 10 им значения порогового тока составляют от 0.81 1С (длина волны 0.56 мкм) до 0.884 (1.26 мкм), а при толщине пленки 3.5 нм — от 0.651С (0.56 мкм) до 0.80/с (1.55 мкм).

Максимальные значения квантовой эффективности при толщине пленки NbN 10 нм и / ~ 0.99/с составили 6%, 3%, 0.7%, 0.3% и 0.15% на длинах волн 0.56 мкм, 0.67 мкм, 0.94 мкм, 1.26 мкм и 1.55 мкм, соответственно.

• При толщине пленки NbN 3.5 нм квантовая эффективность на токах близких к критическому достигает 20% в видимом диапазоне (на длинах воли 0.56 мкм и 0.67 мкм) и 10% и 6% в ИК диапазоне на практически важных длинах волн 1.26 мкм и 1.55 мкм, соответственно.

• Уменьшение толщины пленки NbN с 10 нм до 3.5 нм приводит к увеличению квантовой эффективности в 30—40 раз в ИК диапазоне, что объясняется увеличением радиуса "горячего пятна" и, как следствие, снижением влияния неровности края полоски.

• Скорость темповых отсчетов, возникающих в тонкой и узкой сверхпроводящей полоске из NbN, экспоненциально зависит от транспортного тока. Показатель экспоненты увеличивается с увеличением толщины пленки. Минимальное значение скорости темновых отсчетов составило 6 х Ю-4 с"1.

• Эквивалентная мощность шума детектора на основе тонкой и узкой сверхпроводящей полоски из NbN при температуре 4.2 К на практически значимых длинах волн 1.55 и 1.26 мкм составила 2 х Ю^Вт/Гц1/2 и 6 х 10-18Вт/Гц1//2, соответственно.

Практическая значимость работы.

Практическим результатом работы явилось создание детектора одиночных фотонов на основе исследованного в настоящей работе эффекта однофо-топпого детектирования оптического и ИК излучений. Детектор представляет собой меандр размером Юмкм х Юмкм из плёнки NbN толщиной 3.5 нм и обладает рекордными характеристиками в диапазоне электромагнитного излучения 1.3-1.5 мкм. Этот детектор положен в основу тестера микросхем, который анализирует работу схемы путём регистрации ИК импульсов, излучаемых КМОП транзисторами [5, 6, 7].

Масштабность сферы применения результатов работы определяется тем, что рекордная чувствительность и быстродействие однофотонных детекторов на основе исследуемых наноструктур позволяет достичь значительного прогресса в волоконно-оптических телекоммуникационных технологиях, квантовой криптографии, квантовых компьютерах, дистанционном зондировании, радиоастрономии, системах контроля и безопасности, медицине и фармакологии. Кроме того, современные корреляционные методы исследования одно-фотонных источников (квантовых точек) и бифотонных запутанных состояний в нелинейной оптике также могут получить существенное продвижение с улучшением характеристик однофотонных детекторов.

Диссертация состоит из Введения, пяти глав и Заключения.

Заключение диссертации по теме «Радиофизика», Корнеев, Александр Александрович

5.4 Выводы

Было показано, что скорость темнового счета экспоненциально зависит от транспортного тока сверхпроводниковой полоски. Показатель экспоненты увеличивается с увеличением толщины пленки. Предположительно, причина темнового счета в сверхпроводящих флуктуациях параметра порядка. Минимальное значение экспериментально измеренной скорости темнового счета составило 6 х Ю-4 с-1, оно не зависило от параметров образца и было ограничено продолжительностью эксперимента: время накопления 10 отсчетов составляло около 5 часов.

На основании полученных значений квантовой эффективности и скорости темнового счета вычислена эквивалентная мощность шума детектора NEP, изготовленного из пленки NbN толщиной 3.5 нм. Достигнуты следующие значения NEP на практически значимых длинах волн 1.26 и 1.55 мкм: 2 х 10-17Вт/Гц1/2 (1.55 мкм) и 6 х Ю^Вт/Гц1/2 (1.26 мкм) при температуре 4.2 К.

Проведенные в настоящей работе исследования позволили создать одно-фотонный детектор (SSPD), который был применен в установке для оптической диагностики микросхем с пикосекупдным разрешением. Инновационная технология SSPD позволила существенно улучшить технические характеристики установки: сократить время тестирования и повысить точность измерения. Было показано, что в перспективе, с появлением микросхем, работающих па более высоких тактовых частотах и обладающих меньшим энергопотреблением, SSPD даже при уже достигнутых технических характеристиках будет существенно превосходить традиционные однофотонные детекторы па основе ЛФД и ФЭУ.

В процессе работы были получены следующие новые научные результа

Разработана модель, описывающая формирование резистивной области ("горячего пятна") в тонкой сверхпроводящей пленке при поглощении фотона, а также последующую динамику развития этой области. Оценено влияние саморазогрева сверхпроводящей полоски, находящейся в резистивном состоянии после поглощения фотона. Определены условия самостоятельного восстановления сверхпроводимости после поглощения фотона: поскольку для исследованных сверхпроводниковых полосок вблизи критического тока параметр Стекли больше единицы, то для самостоятельного восстановления сверхпроводимости в них требуется в источнике смещения реализовать режим источника напряжения.

Для узких полосок из тонкой пленки NbN исследована зависимость квантовой эффективности г/ от транспортного тока при температуре 4.2 К. Эта зависимость вблизи критического тока 1С носит экспоненциальный характер. По мере удаления от 1С она переходит в экспоненту с большим показателем. На основании проведенных измерений зависимости т] от / было высказано предположение, что точка перехода от экспоненциальной зависимости с одним показателем экспоненты (вблизи 1С) к зависимости с другим показателем (вдали от 1С) связана с размерами "горячего пятна" rnmax. На основании этого были получены экспериментальные значения rnmax для различных длин волн и толщин пленки, которые хорошо согласуются с модельными расчетами.

Для узких полосок, изготовленных из пленки NbN толщиной 10 нм, измерена квантовая эффективность, максимальные значения которой при / « 0.991С составили 6%, 3%, 0.7%, 0.3% и 0.15% па длинах волн 0.56 мкм, 0.67 мкм, 0.94 мкм, 1.26 мкм и 1.55 мкм, соответственно.

Для узких полосок из пленки NbN толщиной 3.5 нм измерена квантовая эффективность; на токах близких к критическому она достигает 20% в видимом диапазоне (на длинах волн 0.56 мкм и 0.67 мкм). А в ИК диапазоне на практически важных длинах волн 1.26 мкм и 1.55 мкм квантовая эффективность достигает 10% и 6%, соответственно.

Исследована зависимость квантовой эффективности от толщины пленки. Уменьшение толщины приводит к существенному увеличению квантовой эффективности (до 30—40 раз в ИК диапазоне). Сильное увеличение квантовой эффективности с уменьшением толщины пленки (несмотря на предсказываемое теорией уменьшение коэффициента поглощения) объясняется существенно более низкими требованиями к неровности края полоски, изготовленной из пленки толщиной 3.5 нм.

Исследована скорость темповых отсчетов, возникающих в тонкой и узкой полоске из NbN. Было установлено, что скорость темнового счета экспоненциально зависит от транспортного тока. Показатель экспоненты увеличивается с увеличением толщины пленки. Минимальное значение экспериментально измеренной скорости темнового счета составило GxlO-4 с-1, оно не зависело от толщины пленки, из которой изготовлена сверхпроводящая полоска и было ограничено продолжительностью эксперимента. Предположительно, причина темнового счета заключается в сверхпроводящих флуктуациях параметра порядка.

На основании полученных значений квантовой эффективности и скорости темнового счета вычислена эквивалентная мощность шума (NEP) детектора, изготовленного из пленки NbN толщиной 3.5 нм. Достигнуты следующие значения NEP на практически значимых длинах волн 1.2G и 1.55 мкм: 2 х 1(Г17Вт/Гц1/2 (1.55 мкм) и G х 10"18Вт/Гц1/2 (1.2G мкм) при температуре 4.2 К.

Практическая значимость работы:

Сверхпроводниковый однофотонный детектор (SSPD) был применен в установке для оптической диагностики микросхем с пикосекундным разрешением. Инновационная технология SSPD позволила существенно улучшить технические характеристики установки: сократить время тестирования и повысить точность измерения. Было показано, что в перспективе, с появлением микросхем, работающих на более высоких тактовых частотах и обладающих меньшим энергопотреблением, SSPD даже при уже достигнутых технических характеристиках будет существенно превосходить традиционные однофотонныс детекторы на основе ЛФД и ФЭУ.

В заключение автор выражает глубокую благодарность научному руководителю профессору Г.Н. Гольцману за прекрасную организацию научной работы, основанной на творческом сотрудничестве научных коллективов и технологических групп Учебно-научного радиофизического центра Московского педагогического государственного университета, где выполнена диссертация, и лаборатории лазерной техники Рочестерского университета, что позволило проводить исследование на высоком научном и техническом уровне. Автор считает своим долгом выразить искреннюю признательность всем коллегам по работе, чья дружеская помощь и профессиональное участие, безусловно, являются необходимым фактором успеха. Особая благодарность адресуется

Б.М. Воронову и руководимой им технологической группе за изготовление уникальных плёнок и структур, без которых данное исследование было бы невозможно.

Список публикаций автора

1. J.Kitaygorsky, J.Zhang, A.Verevkin, A.Sergeev, A.Korneev, V.Matvienko, P.Kouminov, K.Smirnov, B.Voronov, G.Gol'tsman, R.Sobolewski, "Origin of Dark Counts in Nanostructured NbN Single-Photon Detectors", IEEE Trans, on Appl. Supercond., (2005) 15(2) , 545; авторских 30%, 0.25 п.л.

2. A.Korneev, V.Matvienko, 0. Minaeva, I.Milostnaya, I.Rubtsova, G.Chnlkova, K.Smirnov, B.Voronov, G.Golt'sman, W.Slysz, A.Pearlrnan, A.Verevkin, R.Sobolewski, "Quantum efficiency and noise equivalent power of nanostructured, NbN, single-photon detectors in the wavelength range from visible to infrared", IEEE Trans, on Appl. Supercond., (2005) 15(2), 571-574; авторских 30%, 0.25 п.л.

3. A.Pearlrnan, A.Cross, W.Slysz, J.Zhang, A.Verevkin, M.Currie, A.Korneev, P.Kouminov, K.Smirnov, B.Voronov, G.Gol'tsman, R.Sobolewski, "Gigahertz counting rates of NbN single-photon detectors for quantum communications", IEEE Trans, on Appl. Supercond., (2005) 15(2), 579-582; авторских 15%, 0.25 п.л.

4. А. Корпеев, О. Минаева, И Рубцова, И Милостная, Г. Чулкова, Б. Воронов, К. Смирнов, В. Селезнев, Г. Гольцман "Сверхпроводящий одно-фотонный детектор на основе ультратонкой пленки NbN", Квантовая электроника 35(8) 698-700 (2005); авторских 30%, 0.18 п.л.

5. G.Gol'tsman, A.Korneev. I.Rubtsova, I.Milostnaya, G.Chulkova, О.Minaeva, K.Smirnov, B.Voronov, W.Slysz, A.Pearlrnan, A.Verevkin, R.Sobolewski, "Ultrafast superconducting single-photon detectors for near-infrared-wavelength quantum communications", Phys. Stat. Sol., 2, No 5, p 1480-1488, 2005; авторских 30%, 0.5 п.л.

6. A.Verevkin, A.Pearlman, W.Slysz, J.Zhang, M.Currie, A .Korneev. G.Chulkova, O.Okunev, P.Kouminov, K.Smirnov, B.Voronov, G. Gol'tsman, R. Sobolewski, "Ultrafast superconducting single-photon detectors for near-infrared-wavelength quantum communications", Journal of Modern Optics, vol. 51,no. 9 -10,1447 - 1458; авторских 25%, 0.75 п.л.

7. A. Korneev. P. Kouminov, V. Matvienko, G. Chulkova, K. Smirnov,B. Voronov, and G. N. Gol'tsman, M. Currie, W. Lo and K. Wilsher, J. Zhang, W. Slysz, A. Pearlman, A. Verevkin, and Roman Sobolewski, "Sensitivity and gigahertz counting performance of NbN superconducting single-photon detectors", Applied Physics Letters volume 84, number 26, 28 June 2004, pp 5338-5340; авторских 30%, 0.18 и.л.

8. G. Goltsman, A. Korneev, V. Izbenko, K. Smirnov, P. Kouminov, B. Voronov, N. Kaurova, A. Verevkin, J. Zhang, A. Pearlman, W. Slysz and R. Sobolewski, "Nano-structurcd superconducting single-photon detectors", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Vol 520, Issues 1-3,11 March 2004, pp 527-529; авторских 40%, 0.18 и.л.

9. J. Zhang, N. Boiadjieva, G. Chulkova, H. Deslandes, G. N. Gol'tsman, A. Korneev, P. Kouminov, M. Leibowitz, W. Lo, R. Malinsky, O. Okunev, A. Pearlman, W. Slysz, A. Verevkin, K. Wilsher, C. Tsao, and R.Sobolewski, "Non-invasive CMOS circuit testing with NbN superconducting single-photon detectors,"Elect. Lett. 39, 1086 (2003); авторских 15%, 0.18 п.л.

10. J. Zhang, W. Slysz, A. Verevkin, O. Okunev, G. Chulkova, A. Korneev.

A. Lipatov, G. N. Gol'tsman, and R. Sobolewski, "Response Time Characterization of NbN Superconducting Single-Photon Detectors,"IEEE Transactions On Applied Superconductivity, Vol. 13, No. 2, June 2003, pp. 180-183; авторских 15%, 0.25 п.л.

11. R. Sobolewski, J. Zhang, W. Slysz, A. Pearlrnan, A. Verevkin, A. Lipatov, O. Okunev, G. Chulkova, A. Korneev. K. Smirnov, P. Kouminov, B. Voronov, N. Kaurova, V. Drakinsky, and G. N. Gol'tsman, "Ultrafast Superconducting Single-Photon Optical Detectors,"(Plenary Lecture) in: Advanced Optical Devices, ed. by A. Krumins and J. Spigulis, Proc. SPIE vol. 5123, pp. 2-12 (2003); авторских 10%

12. Г.Н. Гольцман, O.B. Окуиев, Г.М.Чулкова, А.П. Липатов, А.А. Корнеев, П.Б. Куминов, А.А. Веревкин, Р. Соболевский, Дж. Цханг, К. Уилшер, «Прибор для диагностики устройств микро- и наносистемной техники на основе однофотонного пикосекундного детектора ИК-излучения», Известия Вузов.Электроника, №1, 42, 2003; авторских 15%, 0.375 н.л.

13. A.Korneev, A.Lipatov, О.Okunev, G.Chulkova, K.Smirriov, G.Gol'tsman, J.Zhang, W.Slysz, A.Verevkin, R.Sobolewski, "GHz counting rate NbN single-photon detector for IR diagnostics", Microelectronic Engineering, Elsevier, 69, pp. 274-278, (2003); авторских 30%, 0.25 п.л.

14. A.Lipatov, O.Okunev, K.Smirnov, G.Chulkova, A.Korneev. P.Kouminov, G.Gol'tsman, J.Zhang, W.Slysz, A.Verevkin, R.Sobolewski, "An Ultrafast NbN Hot-Electron Single-Photon Detector for Electronic Applications", Superconductor Science and Technology, 15, 1689-1692., 2002; авторских 20%, 0.25 п.л.

15. A. Verevkin, J. Zhang, W. Slysz, R. Sobolewski, A. Lipatov,

О. Okunev, G. Chulkova, A. Korneev. and G. N. Gol'tsman , "Superconducting Single-Photon Detectors for GHz-Rate Free-Space Quantum Communications,"(invited) in: Free-Space Laser Communication and Laser Imaging II, ed. by J. C. Ricklin and D. G. Voelz, Proc. SPIE vol. 4821, pp. 447-454, (2002); авторских 15%, 0.5 п.л.

1С. A.Verevkin, J.Zhang, R.Sobolewski, A.Lipatov, O.Okunev, G.Chulkova, A.Korneev, K.Smirnov, G.Gol'tsman, A. Semenov, "Detection efficiency of large-active-area NbN single-photon superconducting detectors in ultraviolet to near-infrared range.", Applied Physics Letters, v.80, 25, pp.4687-4689, 2002; авторских 25%, 0.25 и.л.

17. R.Sobolewski, Y. Xu, X. Zheng, C.Williams, J.Zhang, A.Verevkin, G.Chulkova, A.Korneev, A.Lipatov, O.Okunev, K.Smirnov, G.Gol'tsman, "Spectral sensitivity of the NbN single-photon superconducting detector", IEICE Transactions on Electronics, Vol. E85-C pp. 797, 2002; авторских 15%, 0.25 п.л.

18. J.Zhang, A.Verevkin, W.Slysz, G.Chulkova, A .Korneev. A.Lipatov, O.Okunev, G.Gol'tsman, and R.Sobolewski, "Timer-resolved Characterization of NbN Superconducting Single-Photon Optical Detectros", in OPTO-Canada:SPIE Regional Meeting on Optoelectronic,Photonics,and Imaging,SPIE vol.TDOl ,pp.33-35 (2002); авторских 15%, 0.125 и.л.

19. О.Okunev, K.Smirnov, G.Chulkova, A.Korneev. A.Lipatov, G.Gol'tsman, J.Zhang, W.Slysz, A.Verevkin, and R.Sobolewski, "Ultrafast NbN Hot-Electron Single-Photon Detector for Electronic diagnostics and communications", Proceedings of Fifth ISTC Scientific Advisory Committee

Seminar, Russia, St. Petersburg, Russia, May 27-29, pp. 339-344, 2002; авторских 15%, 0.3 п.л. w 20. A. Sernenov, G. Gol'tsman, A. Korneev, "Quantum detection by current carrying superconducting film", Physica C, 352 (2001) pp. 349-356; авторских 30%, 0.5 п.л. У

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Корнеев, Александр Александрович, 2006 год

1. A. Wegmuller, F. Scholder,, N. Gisin. J. Lightwave Technol, 22 стр. 390, 2004.

2. С. Gobby, Z. L. Yuan,, A. J. Shields. Appl. Phys. Lett., 84 стр. 37G2, 2004.

3. A. F. Abouraddy, M. B. Nasr, В. E. A. Saleh, A. V. Sergienko,, M. C. Teich. Phxjs. Rev. A, 65, 2002.

4. G. Gol'tsman, O. Okunev, G. Chulkova, A. Lipatov, A. Semenov, K. Smirnov, B. Voronov, A. Dzardanov, C. Williams,, R. Sobolewski. Picosecond superconducting single-photon optical detector. Applied Physics Letters, 79 стр. 705-707, 2001.

5. J. Zhang, N. Boiadjieva, G. Chulkova, H. Deslandes, G. Gol'tsman, A. Korneev, P. Kouminov, M. Leibowitz, W. Lo, R. Malinsky, O. Okunev, A. Pearlman, W. Slysz, A. Verevkin, K. Wilsher, C. Tsao,, R. Sobolewski.

6. Non-invasive CMOS circuit testing with NbN superconducting single-photon detectors. Elect. Lett., 39 стр. 1086—1088, 2003.

7. A. Karlsson, M. Bourenname, G. Ribordy, H. Zbinden, J. Brendel, J. Rarity,, R Tapster. A single-photon counter for long-haul telecom. IEEE. Circuits and Devices Mag., 15 стр. 34-40, 1999.

8. NIR (Near Infrared: 1.4 цт / 1.7 fim Photomultiplier Tubes, R5509-43/R5509-73. Hamamatsu Photonics K.K., Electron Tube Center, Japan (February 2003) http://www.hpk.co.jp/eng/products/ETD/pmte/r5509-43e.htm.

9. W. Fichtner, W. Hacker. Time resolution of Ge avalanche photodiodes operating as photon counters in delayed coincidence. Rev. Set. Instrurn., 47(3) стр. 374-377, 1976.

10. W. Haecker, O. Groezinger,, M.H. Pilkuhn. Infrared photon counting by Ge avalanche photodiodes. Appl. Phys. Lett., 19(4) стр. 113-115, 1971.

11. G. Ribordy, J. D. Gautier, H. Zbinden,, N. Gisin. Performance of InGaAsP/InP avalanche photodiodes as gated-mode photon counter. Appl. Opt., 37 стр. 2272, 1998.

12. D.S. Bethune, M. Navarro,, W.P. Risk. Appl. Opt., 41 стр. 1640, 2002.

13. О. Astafiev, S. Komiyama, T. Kutsuma,, V. Antonov. Single-photon detector in the microwave range. Appl. Phys. Lett., 80(22) стр. 4250-4252, 2002.

14. S. Komiyama, O. Astafiev, V. Antonov, T. Kutsuma,, H. Hiral. A single-photon detector in the far-infrared range. Nature, 403 стр. 405-407, 2000.

15. A.J. Miller, S.W. Nam, J.M. Martinis,, A.V. Scrgienko. Demonstration of a low-noise near-infrared photon counter with multiphoton discrimination. Appl. Phys. Lett., 83 стр. 791, 2003.

16. D. Rosenberg, S. W. Nam, A. J. Miller, A. Salminen, E. Grossman, R. E. Schwall,, J. M. Martinis. Near-unity absorption of near-infrared light in tungsten film. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 520 стр. 537 540, 2004.

17. P. Verhoeve, N. Rando, A. Peacock, A. van Dordrecht, A. Poclaert,, D. J. Goldie. Superconducting tunnel junctions as photon counting detectors in the infrared to the ultraviolet. IEEE Trans, on Appl. Supercod., 7(2) стр. 3359-3362, 1997.

18. J. H. J. de Brujine, A. P. Reynolds, M. A. C. Perryman, F. Favata,,

19. A. Peacock. Analysis of astronomical data from optical superconducting tunnel junctions. Opt.Eng., 41 стр. 1158, 2002.

20. N. Rando, P. Verhoeve, A. Poelaert, A. Peacock,, D. J. Goldie. NbN-Nb-Al superconducting tunnel junctions as photon counting detectors. J. Appl. Phys., 83(10) стр. 553G, 1998.

21. L. Li, L. Frunzio, C. Wilson, D. E. Prober, A. E. Szymkowiak,, S. H. Moseley. Improved energy resolution of x-ray single photon imaging spectrometers using superconducting tunnel junctions. J. Appl. Phys., 90(7) стр. 3645, 2001.

22. A. Kerman, E. Daulcr, W. Keicher, J. Yang, K. Berggren, G. Gol'tsman,,

23. B. Voronov. Kinetic-inductance-limited reset time of superconducting nanowire photon counters, submitted to Appl. Phys. Lett, препринт доступен на http://arxiv.org/abs/physics/0510238.

24. E.M. Гершепзоп, M.E. Гершензон, Г.Н. Гольцман, А.Д. Семёнов,, А.В. Сергеев. Разогрев квазичастиц в сверхпроводящей плёнке, находящейся в резис/гивном состоянии. Письма в ЖЭТФ, 34(5) стр. 281-285, 1981.

25. Е.М. Гершепзоп, М.Е. Гершензон, Г.Н. Гольцман, А.Д. Семёнов,, А.В. Сергеев. Неселективное воздействие электромагнитного излучения на сверхпроводящую плёнку в резистивном состоянии. Письма в ЖЭТФ, 36(7) стр. 241-244, 1982.

26. Е.М. Гершензон, М.Е. Гершензон, Г.Н. Гольцман, А.Д. Семёнов,, А.В. Сергеев. Разогрев электронов в резистивном состоянии сверхпроводника под действием электромагнитного излучения. ЖЭТФ, 86(2) стр. 758-773, 1984.

27. E.M. Gershenzon, М.Е. Gershenzon, G.N. Gol'tsman, A.D. Semenov,, A.V. Sergeev. Heating of electrons in superconductor resistive state due to electromagnetic radiation. Solid State Cornmun., 50(3) стр. 207-212, 1985.

28. G.M. Eliashberg, B.I. Ivlev. Nonequilibriurn Supercnductivity. ed. by D.N. Langenberg and A.S. Larkin, North-Holland Elsevier Science B.V., Amsterdam, 1986.

29. E.M. Гершензон, Г.Н. Гольцман, А.И. Елантьев, B.C. Карасик,, С.Э. По-тоскуев. Разогрев электронов в резистнвном состоянии сверхпроводника электромагнитным излучением значительной интенсивности. ФНТ, 14(7) стр. 753, 1988.

30. В.Ф. Елесин, В.А. Кашурников, В.Е. Кондрашев,, Шамраев Б.Н. Влияние электрон-электронных столкновений на характер фазового перехода и кинетику неравновесных сверхпроводников. ЖЭТФ, 84(1) стр. 223229, 1983.

31. A. Frenkel. Mechanism of nonequilibriurn optical response of high-temperature superconductor. Phis. Rev. B, 48(13) стр. 9717-9725, 1993.

32. E.M. Гершензон, Г.Н. Гольцман, Ю.П. Гусев,, А.Д. Семёнов. Неравновесный отклик тонких плёнок NbN на излучение миллиметрового и оптического диапазонов. СФХТ, 6(6) стр. 1198-1210, 1993.

33. I. G. Gogidze, Р. В. Kuminov, А. V. Sergeev, A. I. Elant'ev, Е. М. Men'shchikov,, Е. М. Gershenzon. Fast nonequilibrium induction detectors based on thin superconducting films. Tech. Phys., 43(10) стр. 1193, 1998.

34. A.D. Semenov, H.-W Hubers, H. Richter, M. Birk, M. Krocka, U. Mair, K. Smirnov, G.N. Gol'tsman,. B.M. Voronov. 2.5 THz hetrodyne receiver with NbN hot-elcctron-bolometer mixer. Physica С, 372 стр. 454-459, 2002.

35. K.S. Il'in, I.I. Milostnaya, A.A. Verevkin, G.N. Gol'tsman, E.M. Gershenzon,, R. Sobolewski. Ultimate quantum efficiency of a superconducting hot-electron photodetector. Appl. Phys. Lett., 73(26), 1998.

36. K.S. Il'in, M. Lindgren, M. Currie, A.D. Semenov, G.N. Gol'tsman, R. Sobolewski, S.I. Cherednichenko,, E.M. Gershenzon. Picosecond hot-electron energy relaxation in NbN superconducting photodetector. Appl. Phys. Lett., 76(19) стр. 2752-2754, 2000.

37. B.L. Altshuler, A.G. Aronov. Electron-electron interaction in disordered conductors. В A.L. Efros, M. Pollac, под ред., Modern problems in condensed matter science, стр. 1-153. Amsterdam: North-Holl. Publ. Co., 1985.

38. Ю.М. Рейзер, А.В. Сергеев. Электрон-фононное взаимодействие в примесных металлах и сверхпроводниках. ЖЭТФ, 90(3) стр. 1056-1070, 1986.

39. A.M. Kadiri, M.W. Johnson. Single-photon-counting hotspot detector with integrated RSFQ readout electronics. Appl. Phys. Lett., 69 стр. 3938, 1996.

40. О. Окунев. Эффект однофотонного детектирования оптического и ИК излучений в тонких сверхпроводящих NbN плёнках, диссертация на соискание степени кандидата физико-математических наук, Московский педагогический государственный университет, 2004.

41. С. Чередниченко. Разработка и исследование сверхпроводниковых те-рагерцовых смесителей на электронном разогркве. диссертация па соискание степени кандидата физико-математических наук, Московский педагогический государственный университет, 1999.

42. A. D. Semenov, R. S. Nebosis, Yu. P. Gousev, M. A. Heusinger,, K. F. Rcnk. Phys. Rev. B, 52 стр. 581, 1995.

43. S. Cherednichenko, P. Yagoubov, K. Il'in, G. Gol'tsman,, E. Gershenzon. Proceedings of the 8th International Symposium on Space Terahertz Technology, Campbridge, MA, USA, стр. 245, March 1997.

44. C. P. Poole, H. A. Farach,, R. J. Creswick. Superconductivity. Academic Press, ISBN 0-12-561455-1, 1995.

45. Yu. P. Gousev, G. N. Gol'tsman, A. D. Semenov, E. M. Gershenzon, R. S. Nebosis, M. A. Heusinger,, K. F. Renk. J. Appl. Phys., 75 стр. 3695, 1994.

46. M. Stuivinga, C.L.G. Ham, T.M. Klapwijk,, J.E. Mooij. J. Low Temp. Phijs, 53 стр. 633, 1983.53J M. Stuivinga, J.E. Mooij,, T.M. Klapwijk. J. Low Temp. Phys, 46 стр. 555, 1982.

47. M. Stuivinga, T.M. Klapwijk, J.E. Mooij,, A. Bezuijen. J. Low Temp. Phys., 53 стр. 673, 1983.

48. A. VI. Gurcvich, R. G. Mints. Review of modern physics, 59 стр. 941, 1987.

49. А.В. Гуревич, Р.Г. Минц. Автоволпы в нормальных металлах. М. ИВ-ТАН. с. 165.

50. О.Г. Веидик, А.Я. Зайончковский, С.Г. Колесов, С.Б. Красиков, О.В. Пахомов,, А.С. Рубан. Разрушение и восстановление сверхпроводящего состояния в плёнках ниобия при воздействии импульсов транспортного тока. ФЕТ, 12(6) стр. 576, 1986.

51. M.J. Skocpol, M.R. Beasley,, М. Tinkham. Self-heating hot-spot in superconducting thin-film microbriges. J.Appl.Phys., 45(9) стр. 4045, 1974.

52. W.J. Skocpol, M.R. Beasley,, M. Tinkham. The electrical behavior of superconductivity thin-film microbriges. Rev.Phys.Appl,, 9(1) стр. 19, 1974.

53. E.M. Гершензон, Г.Н. Гольцман, A.JI. Дзарданов, А.И. Елаптьев, И.И. Милостная,, О.В. Окунев. Исследование процессов S-N переключения тонких плёнок NbN импульсами электрического тока. СФХТ, 5(5) стр. 890, 1994.

54. M. Борн, Э. Вольф. Основы оптики. М. Наука, 1970.

55. A. Semenov, A. Engel, К. Il'in, G. Gol'tsman, M. Siegel,, H.-W. Hiibers. Ultimate performance of a superconducting quantum detector. Eur. Phys. J. AP, 21 стр. 171-178, 2003.

56. J.A. Kash, J.C.-H. Tsang. Noninvasive optical method for measuring internal switching and other dynamic parameters of CMOS circuits. USA, International Business Machines Corporation. US Patent У/5,940,545, 1999.