Разработка и исследование детекторов квантов электромагнитного излучения на основе сверхпроводниковых наноструктур с туннельным переходом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат технических наук Якопов, Григорий Владимирович

• Якопов, Григорий Владимирович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Якопов, Григорий Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ И АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИЕМНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ.

1.2 ДИНАМИКА РАЗВИТИЯ ДЕТЕКТОРОВ НА ОСНОВЕ СТП.

1.3 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СТП.

1.4 СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТП.

ПОЛУЧЕНИЕ ПЛЕНОК НИОБИЯ, АЛЮМИНИЯ И ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ СТРУКТУР

• НА ИХ ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫМ ИСПАРЕНИЕМ.

SNAP-ПРОЦЕСС.

RHEA-ПРОЦЕСС.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУР Nb/AlxOy-Al/Nb, ПОЛУЧЕННЫХ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВЫМ ИСПАРЕНИЕМ МЕТОДОМ АНОДНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ.

ВЫВОДЫ.

2 АНАЛИЗ ОБЛАСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ И ВЛИЯНИЯ ЭФФЕКТА БЛИЗОСТИ НА СВОЙСТВА СТП.

2.1 ПРИМЕНЕНИЕ СВЕРХПРОВОДНИКОВЫХ ТУННЕЛЬНЫХ ПЕРЕХОДОВ В СПЕКТРОСКОПИИ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ.

СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЕ ТУННЕЛЬНЫЕ ПЕРЕХОДЫ В СПЕКТРОГРАФЕ

СКРЕЩЕННОЙ ДИСПЕРСИИ.

ВОЗМОЖНЫЕ ВАРИАНТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИЕМНИКОВ НА ОСНОВЕ СВЕРХПРОВОДНИКОВЫХ ТУННЕЛЬНЫХ ПЕРЕХОДОВ НА БОЛЬШОМ ТЕЛЕСКОПЕ

АЗИМУТАЛЬНОМ.

СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЕ ТУННЕЛЬНЫЕ ПЕРЕХОДЫ В ИНТЕРФЕРОМЕТРЕ

ФАБРИ-ПЕРО.

СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЕ ТУННЕЛЬНЫЕ ПЕРЕХОДЫ В СПЕКТРОПОЛЯРИМЕТРЕ 60 СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЕ ТУННЕЛЬНЫЕ ПЕРЕХОДЫ В ФОТОМЕТРИИ.

2.2 ВЛИЯНИЕ ЭФФЕКТА БЛИЗОСТИ НА СВОЙСТВА СВЕРХПРОВОДНИКОВЫХ ТУННЕЛЬНЫХ ПЕРЕХОДОВ.

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ ВЛИЯНИЯ.

ПОНИЖЕНИЕ КРИТИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ В СИСТЕМЕ НИОБИЙ-АЛЮМИНИЙ

УМЕНЬШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЩЕЛИ.

СИГНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА.

ВРЕМЕННЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ.

ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ.

ТОК УТЕЧКИ СТП.

ШУМОВЫЕ СВОЙСТВА СТП.

ВЫВОДЫ.

3 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТП.

3.1 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ Nb/AlIOy-AI/Nb.

ПОЛУЧЕНИЕ ПЛЕНОК НИОБИЯ, АЛЮМИНИЯ И ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ СТРУКТУР

НА ИХ ОСНОВЕ МЕТОДОМ МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ.

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОГО БАРЬЕРНОГО ОКИСЛА СТРУКТУРЫ Nb/A10x-Al/Nb, ПОЛУЧЕННОЙ МАГНЕТРОННЫМ

РАСПЫЛЕНИЕМ.

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУР Nb/A10x-Al/Nb С РАЗЛИЧНЫМИ СПОСОБАМИ ПОЛУЧЕНИЯ ОКИСЛА.

3.2 МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ КОНФИГУРАЦИИ СТП.

SNEP - ПРОЦЕСС.

ТАР - ПРОЦЕСС.

3.3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТОПОЛОГИИ.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРИБОРОВ НА ОСНОВЕ СТП.

3.4 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЖОЗЕФСОНОВСКИХ СТРУКТУР.

АТОМНО-СИЛОВАЯ МИКРОСКОПИЯ.

АНОДНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ.

СУЩНОСТЬ МЕТОДА АНОДНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ. ФОРМИРОВАНИЕ АНОДНЫХ

ОКИСНЫХ ПЛЕНОК.

АНОДИРОВАНИЕ СЛОИСТОЙ СТРУКТУРЫ. ф ВЫВОДЫ.

4. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ.

4.1 ЭКПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУЧЕННЫХ СТРУКТУР. k 4.2 ВОЗМОЖНОСТЬ КАЛИБРОВКИ СТП ПОСРЕДСТВОМ

МАГНИТОКАРДИОГРАФИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА «СКВИД».

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ.

СХЕМА КАЛИБРОВКИ.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование детекторов квантов электромагнитного излучения на основе сверхпроводниковых наноструктур с туннельным переходом»

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ И АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

В настоящее время на Большом телескопе азимутальном Специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук (БТА САО РАН) с диаметром главного зеркала 6м для выполнения спектроскопических и спектрополяриметрических наблюдений с высоким и умеренным спектральным разрешением используются эшелле спектрографы, работающие в режиме скрещенной дисперсии. Такая оптическая схема позволяет получить высокое спектральное разрешение, однако, из-за большого количества диспергирующих элементов уменьшается светосила прибора. Даже в лучших современных спектрографах теряется порядка 90% света. Для оценки эффективности того или иного спектрального прибора, а также для сравнения спектральных приборов друг с другом, существует величина, называемая потенциальным качеством и представляющая собой произведение спектрального разрешения спектрографа, светосилы системы спектрограф + приемник излучения, количества одновременно регистрируемых элементов спектра и временного разрешения приемника излучения.

В то же время, светоприемники на основе сверхпроводниковых туннельных переходов (СТП) обладают возможностью детектирования единичного фотона с определением его энергии, являясь, по сути, спектрометрами. Однако, собственного спектрального разрешения СТП (А/ДА, ~ 10 в оптическом диапазоне) для серьезных спектроскопических исследований недостаточно. По этой причине в мире до сих пор детекторы на основе СТП использовались исключительно в фотометрических приложениях. В работе рассматривается возможность комбинирования СТП с различными оптическими схемами, с целью повышения потенциального качества прибора в целом. Оценивается выигрыш в эффективности наблюдений на спектрографах в сочетании с линейкой СТП-приемников относительно вариантов наблюдений с матрицей ПЗС. Предложенная методика позволит применять СТП в спектроскопии высокого разрешения.

Повышенный интерес к детекторам на основе СТП связан с рекордно высокой чувствительностью таких структур, обусловленной природой сверхпроводимости. Так, минимальное значение энергии, необходимое для разрыва куперовской пары в сверхпроводнике и создания свободных носителей заряда, крайне мало (единицы мэВ), - на 3 порядка меньше величины энергии, которую несет единичный фотон видимой области спектра. Энергия же выхода полупроводника составляет электронвольты и сравнима с энергией фотона. Это фундаментальное отличие позволяет рассматривать сверхпроводники чрезвычайно перспективными для использования в качестве детекторов фотонов от рентгеновского до оптического и ближнего инфракрасного диапазонов, поскольку дает возможность не только обнаружить отдельные фотоны с определением их энергии, но и позволяет создать детектор с рекордным быстродействием (порядка 104 событий/пиксельхсек).

СТП находят применение в самых различных областях - от детектирования элементарных частиц в ядерной физике до детектирования излучений в рентгеновском, ультрафиолетовом, оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах электромагнитного излучения.

Такие детекторы имеют огромные потенциальные возможности в развитии инструментальной астрономии, которые обусловлены:

• широким диапазоном спектральной чувствительности (330-800 нм)

• высокой квантовой эффективностью - 70% при 500 нм

• высокой чувствительностью

• высоким временным разрешением -10 кГц/пике

• энергетическим разрешением У АХ - 8-13 при 500 нм

Наибольших успехов, на сегодняшний день, достигла научно-исследовательская группа из Голландии (Rando, Peacock), которая впервые успешно апробировала детектор на основе СТП на телескопе William Hershel в 1999 г. В России разработкой и изготовлением СТП занимаются в Институте радиотехники и электроники РАН, в лаборатории сверхпроводниковых устройств для приема и обработки информации. Впервые такие структуры использовались для регистрации рентгеновского излучения в Научно-исследовательском институте ядерной физики им. Скобелицина (МГУ).

Дель работы:

Целью данной работы является разработка и изготовление прототипов камерной головки твердотельного спектрального приемника на основе светочувствительных сверхпроводниковых туннельных переходов (СТП), для оснащения ими Большого телескопа азимутального Специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук (БТА САО РАН). Разработка технологии, изготовление опытных образцов детекторов, оснащение криогенными устройствами, электроникой и программным обеспечением производится на основе кооперации двух организаций - Специальной астрофизической обсерватории (САО) РАН и Института кибернетики (ИК) им. Глушкова НАН Украины.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• Обобщение и систематизация имеющихся и используемых в настоящее время детекторов излучения в астрономии.

• Разработка прототипов камерных головок детекторов на основе СТП под условия имеющейся спектральной аппаратуры БТА САО РАН

• Оптимизация технологического процесса с целью получения качественных структур, удовлетворяющих высоким требованиям, предъявляемым к детекторам излучения.

• Исследования полученных структур методами жидкостного анодирования и атомно-силовой микроскопии.

• Разработка модели, учитывающей влияние подслоя алюминия на электрофизические параметры туннельной структуры - «эффект близости».

• Разработка методики калибровки СТП посредством магнитокардиографического комплекса "SQUID".

• Разработка и изготовление стенда для исследования вольтамперных характеристик тестовых структур при гелиевых температурах (4,2 К).

Научная новизна;

• Предложен способ использования СТП в спектроскопии высокого разрешения.

• Разработаны основы технологии формирования СТП, базирующиеся на процессе с двустадийным анодированием (ТАР) Впервые получены светочувствительные элементы, изготовленные по ТАР - технологии с применением метода контролируемого окисления.

• Разработана модель СТП, учитывающая влияние подслоя алюминия на электрофизические параметры туннельной структуры - «эффект близости»

• Предложен метод калибровки СТП посредством магнитокардиографического комплекса «SQUID», позволяющий получить фотоотклик при температуре 4,2 К.

Практическая значимость:

• Получены пленки ниобия с критической температурой перехода в сверхпроводящее состояние (Тс) близкой к Тс массивного ниобия, что свидетельствует о высоком качестве пленок.

• Отработана методика формирования сплошного однородного алюминиевого слоя толщиной 8 нм, обеспечивающего получение высококачественного окисного слоя. Показано, что наилучшие результаты получены при использовании комбинированного окисления.

• Разработаны и изготовлены четыре типа тонкопленочных микросхем для спектрографических и фотометрических исследований космического излучения.

• Разработан и изготовлен стенд для измерения параметров СТП в жидком гелии, включающий криостат, зондовую технику, необходимую электронику, программное обеспечение.

• Определены характеристики переходов при гелиевых температурах.

Основные положения выносимые на защиту:

• Метод использования СТП в спектроскопии высокого разрешения, адаптированный под условия реальной спектральной аппаратуры, функционирующей на телескопе БТА;

• Способ получения высококачественных пленок и барьерного окисного слоя для дальнейшего формирования СТП и тестовых структур.

• Метод калибровки СТП посредством магнитокардиографического комплекса "SQUID";

Апробация диссертационной работы:

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийских (Физ.-мат. науки в СГУ 2005, 2006) и Международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники» (Таганрог - Дивноморское 2002, 2004, 2006), WOLTE - 6, 7, (Нидерланды 2004, 2006), научных семинарах САО РАН и кафедры технологии микро- и наноэлектронной аппаратуры (ТМиНА) ТРТУ.

Работа поддержана Федеральным агентством по науке и инновациям в соответствии с государственным контрактом № 02.444.11.7071 от 5 сентября 2005 г.

Публикации:

По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.

Краткое содержание работы:

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, изложены научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе приведен анализ существующих типов детекторов для оптической астрономии, их классификация, сравнительные характеристики, произведен обзор существующих работ за рубежом, показана динамика развития СТП.

Дано обоснование выбора метода формирования тонкопленочных криоэлектронных наноструктур. Рассмотрены различные процессы формирования конфигурации наноструктур, такие как: SNAP - процесс, SNEP -процесс, RHEA - процесс. Рассмотрен ТАР-процесс - выбранный в качестве базового для изготовления СТП.

Указаны преимущества и недостатки перечисленных технологических процессов, обоснован выбор процесса с двустадийным анодированием - «ТАР».

Вторая глава посвящена расчету параметров СТП, адаптированных под существующую спектральную аппаратуру БТА. Показано, что СТП в сочетании с эшелле решеткой обеспечивает высокое спектральное разрешение. Приведены сравнительные характеристики различных схем. Обоснован выбор схемы эшелле+СТП в терминах потенциального качества, предложены альтернативные варианты применения СТП.

Рассмотрено влияние эффекта близости на свойства СТП. Показано, что для детекторов излучений на основе СТП эффект близости (ЭБ) не является однозначно негативным фактором, приводящим к ухудшению свойств сенсоров на основе СТП.

Третья глава посвящена отработке тонкопленочной технологии изготовления СТП. Исследовано влияние различных технологических процессов на конечные параметры пленок, такие как:

• Нижний Nb - кристаллическая структура, размер зерна и границ зерен, морфология поверхности, напряжения в пленке, примеси, сверхпроводящие характеристики.

• Слой А1 - кристаллическая структура, морфология, однородность по толщине, напряжения, резкость границы раздела с нижним Nb, сплошность покрытия ниобия алюминием.

• Барьерный слой А10х - состав, наличие примесей, толщина, однородность по толщине, наличие повреждений, связанных с напылением последующих слоев и термической обработкой, диффузионный слой на границе с верхним Nb.

• Верхний Nb - кристаллическая структура, размер зерна, морфология поверхности, напряжения в пленке, примеси, сверхпроводящие характеристики, резкость границы раздела с А10х.

Варьированием основных параметров технологических процессов, таких как: давление в вакуумной камере, скорость напыления, температурные режимы, толщины слоев, время окисления А1 и т.п., выявлены оптимальные условия получения качественных структур (приведены в приложении).

Проведены исследования свойств СТП структур методами атомно-силовой микроскопии и «анодной спектроскопии».

В четвертой главе приведена методика калибровки СТП с помощью магнитокардиографического комплекса "SQUID" ИК НАНУ.

Исследованы вольтамперные характеристики СТП в жидком гелии, при температуре 4,2 К.

Достигнутые параметры качества СТП - Rj/RN>10, Vm=60 мВ, позволяют полагать, что СТП, изготовленные по данной технологии, могут быть использованы в качестве детекторов фотонов, в том числе в светоприемных устройствах.

Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников, приложения. Общий объем диссертации 158 стр., включая 49 иллюстраций, 9 таблиц, 13 стр. библиографии, 17 стр. приложений.

Заключение диссертации по теме «Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и нано- электроника на квантовых эффектах», Якопов, Григорий Владимирович

ВЫВОДЫ

Проведены измерения вольтамперных характеристик тестовых СТП в жидком гелии при температуре 4,2 К. Полученные характеристики (Rj/R.K=13, Vm=60 мВ) показывают, что данные структуры могут быть использованы в качестве детекторов фотонов и иметь в видимом диапазоне при температуре порядка 0,1-0,3 К энергетическое разрешение в несколько квантов [4].

Показана возможность калибровки СТП-детектора при помощи СКВИД-магнетометра.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основании сравнительного анализа установлено, что по совокупности основных параметров, таких как, широкий диапазон спектральной чувствительности - 330-800 нм, высокая квантовая эффективность - 70% при 500 нм, высокая чувствительность, возможность работы в масштабе реального времени, высокое временное разрешение - 10 кГц/пике, энергетическое разрешение У АХ - 8-13 при 500 нм, детекторы на основе сверхпроводниковых туннельных переходов наиболее перспективны для исследования космического излучения в астрономии.

2. Впервые предложена оптическая схема спектрографических измерений с высоким разрешением на основе СТП, позволяющая увеличить потенциальное качество прибора более чем в 100 раз.

3. Разработан технологический процесс изготовления СТП, в рамках которого: a. Получены ниобиевые пленки, имеющие температуру перехода в сверхпроводящее состояние близкую к температуре сверхпроводящего перехода массивного ниобия и малую шероховатость поверхности (порядка 5 нм). b. Сформирован сплошной однородный алюминиевый слой (8нм), обеспечивающий получение высококачественного окисного слоя с диэлектрическими параметрами е = 30, Vm = 60 мВ, при температуре жидкого гелия.

4. Методами локального жидкостного анодирования и атомно-силовой микроскопии полученных пленок, входящих в структуру Nb/AlxOy-Al/Nb и границ раздела между ними, установлено, что проведение осаждения ниобиевых и алюминиевых пленок магнетронами постоянного тока и формирование окисного слоя комбинированным способом обеспечивает получение структур с высокими эксплуатационными параметрами -Rj/RN=13, Vm=60 мВ при гелиевых температурах.

5. Разработан технологический процесс и изготовлены четыре типа микросхем для спектроскопических и фотометрических измерений астрономических объектов в диапазоне длин волн 300-700 нм.

6. С целью исследования фотоотклика структур при температуре жидкого гелия (Т=4,2К), разработана модель СТП, учитывающая влияние подслоя алюминия на электрофизические параметры ниобиевой пленки - «эффект близости».

7. Предложена методика калибровки СТП посредством магнитокардиографического комплекса "SQUID". Показано, что для удовлетворительного качества параметра сигнал/шум (SNR>50), при Т=4,2 К, необходимое время накопления сигнала должно составлять порядка 2500 сек.

8. Разработан и изготовлен стенд, позволяющий проводить исследования вольт-амперных характеристик тестовых структур при гелиевых температурах (4,2 К). Произведены измерения наиболее качественных структур (по данным жидкостного анодирования). Достигнутые параметры качества Rj/RN=13, Vm=60 мВ, позволяют предположить, что при экстраполяции к более низким температурам (от 4,2 К до 0,3 К), СТП, сформированные по данной технологии, могут быть использованы в качестве детекторов фотонов и иметь в видимом диапазоне длин волн разрешение порядка нескольких квантов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Якопов, Григорий Владимирович, 2006 год

1. Эклз М.Дж, Сим М.Э. Триттон К.П. Детекторы слабого излучения в астрономии // «Мир» Москва. -1986.

2. J. Niemeyer, J. Н. Hinken, R. L. Kautz. Microwave induced constant-voltage steps at one volt from a series array of Josephson junctions. // Applied Physics Letters, 1984, v. 45, No. 4, p. 478 480.

3. J. Niemeyer, L. Grimm, W. Meier, J. H. Hinken, and E. Vollmer. Stable Josephson reference voltages between 0.1 and 1.3 V for high precision voltage standards. // Applied Physics Letters, 1985, v. 47, No. 11, p. 1222- 1223.

4. C. A. Hamilton, R. L. Kautz, R. L. Steiner and F. L. Lloyd. A practical Josephson voltage standard at IV. // IEEE Electron Device Letters, 1985, v. 6, p. 623 625.

5. C. A. Hamilton. Josephson voltage standards. // Review of Scientific Instruments, 2000, v. 71, No. 10, p. 3611 3623.

6. В. В. Шмидт. Введение в физику сверхпроводников. // Изд. второе, исправленное и дополненное В.В. Рязановым и М.В. Фейгельманом. М.: МЦНМО, 2000,398 с.

7. Кларке Дж. Сверхпроводящие квантовые интерференционные приборы для низкочастотных измерений. // В сб.: Слабая сверхпроводимость. Квантовые интерферометры и их применения. Под ред. Б.Б. Шварца и С. Фонера. — М.: Мир, 1980, с. 7 65.

8. R. Н. Koch, D. J. van Harlingen and J. Clarke. Quantum noise theory for the dc SQUIDs. // Applied Physics Letters, 1981, v. 38, p. 380 382.

9. J.P. Pekola, K.P. Hirvi, J.P. Kauppinen, M.A. Paalanen. Thermometry by arrays of tunnel junctions. // Physical Review Letters, vol. 73, November 1994, p. 2903 2906.

10. К.Р. Hirvi, J.P. Kauppinen, A. N. Korotkov, M.A. Paalanen and J.P. Pekola. Arrays of normal metal tunnel junctions in weak Coulomb blockade regime. // Applied Physics Letters, vol. 67, No. 14,1995, p. 2096 2098.

11. Д. В. Аверин, К. К. Лихарев. Когерентные колебания в туннельных переходах малых размеров. // Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики, ЖЭТФ, 1986, т. 90, номер 2, с.733- 738.

12. Т. A. Fulton and G. J. Dolan. Observation of single-electron charging effects in small tunnel junctions. // Physical Review Letters, 1987, v. 59, No. 1, p. 109 -112.

13. P. Delsing, К. K. Likharev, L. S. Kuzmin, and T. Claeson. Time correlated single-electron tunneling in one-dimensional arrays of ultrasmall tunnel junctions. // Physical Review Letters, 1989, v.63, No. 17, p. 1861-1866.

14. M.W. Keller, J.M. Martinis, N. M. Zimmerman, and A. H. Steinbach. Accucracy of electron counting using a 7-junction electron pump. // Applied Physics Letters, 1996, v. 69, No. 12, p. 1804 1809.

15. P. Lafarge, H. Pothier, E. R. Williams, D. Esteve, C. Urbina, and M.H. Devoret. Direct observation of macroscopic charge quantization. // Zeitschrift fur Physik, 1991, В 85, p. 327.

16. V. A. Krupenin, D.E. Presnov, M.N. Savvateev, H. Scherer, A. B. Zorin and J. Niemeyer. Noise in A1 single electron transistors of stacked design. // Journalof Applied Physics, 1998, v.84, No. 6, p. 32-35 (1998).

17. V. A. Krupenin, D. E. Presnov, A. B. Zorin and J. Niemeyer. Aluminum single electron transistors with islands isolated from a substrate. // Journal of Low Temperature Physics, 2000, v. 118, No. 5/6, p. 287 290.

18. V. A. Krupenin, D. E. Presnov, A. B. Zorin and J. Niemeyer. A very low noise single electron electrometer of stacked-junction geometry. Physica B, 2000, v. 284-288, p. 1800- 1803.

19. K. K. Likharev and V. K. Semenov. RSFQ logic/memory family: A new Josephson-j unction technology for sub-terahertz clock frequency digital systems. // IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 1991, v. 1, No. 1, p. 3 23.

20. V. K. Kaplunenko, M. I. Khabipov, V. P. Koshelets, К. K. Likharev, O. A. Mukhanov, V. K. Semenov, I. L. Serpuchenko and A. N. Vystavkin. Experimental study of the RSFQ logic elements. // IEEE Transactions, on Magnetics, v. 25, p. 861 864.

21. P. I. Bunyk, A. Oliva, V. K. Semenov, M. Bhushan, К. K. Likharev, J.E. Lukens, M. B. Ketchen, W. H. Mallison. // Applied Physics Letters, 1995, v. 66, No. 5, p. 646-648.

22. W. Chen, A. V. Rylyakov, V. Patel, J. E. Lukens and К. K. Likharev. Superconductor digital frequency divider operating up to 750 GHz. // Applied Physics Letters, 1998, v. 73, No. 19, p. 2817 2819.

23. W. Chen, A.V. Rylyakov, V. Patel, J.E. Lukens and К. K. Likharev. Rapid single flux quantum T-flip flop operating up to 770 GHz. // IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 1999, v. 9, No. 2, p. 3212 3215.

24. J. R. Tucker and M. J. Feldman. Quantum detection at millimeter wavelength. // Reviews of Modern Physics, 1985, v. 57, No. 4, p. 1055 1113.

25. N. Booth, D. Goldie. Superconducting particle detectors. // Supercond. Sci. Technol.- 1996.- p. 493-516.

26. Т. Peacock, P. Verhoev, N. Rando et. al. Superconducting tunnel junction as detectors for ultraviolet, optical and near infrared astronomy. // Astron. Astriphys. Suppl. 1997.- 123. - p. 581-587.

27. S. Shiki, C. Otani, H. Sato et. al. Development of a superconducting tunnel junction as optical detector. // RIKEN Rewiew.- 2002.- 47.- p. 7-9.

28. M. Kurakado, D. Oshawa, R. Katano et. al. Futher development of series-connected superconducting tunnel junction to radiation detection. // Rev. Sci. Instrum. 1997.- 68(10).- p. 3685-3696.

29. R. Cristiano, E. Esposito, L Frunzio, et. al, Nb-based Josephson junction devices for nuclear radiation detection: Design and preliminary experimental results. // J.Appl. Phys. 1994. 75 (10).- p. 5210-5217.

30. C.M. Wilson, K. Segal, L. Frunzio. Optical/UV single-photon imaging spectrometers using connected superconducting tunnel junction. // Nucl. Instr. Meth. in Phis. Res.,A.- 2000.- 444.- p. 449-452.

31. M. Perryman, F. Favata, A. Peacoc, N. Rando, B.G. Taylor. Optical STJ observations of the Crab Pulsar. // Astronomy and astrophysics.- 1999.- 346, L30,- p. 130-132.

32. N. Rando, A. Peacock, van Dordrecht, C.L. Foden et al, Nucl. Instrum. Meth. Phys. A313,173 (1992).

33. D.D.E. Martin, A. Peacock, P. Verhoeve, N. Rando, Developments in Superconducting tunnel junctions for the ultraviolet, optical and near infrared spectroscopy//Proc. ISEC 1997, Vol.3, S40, p.p. 89-91.

34. N. Rando, J. Verveer, P. Verhoeve, A. Peacock, S. Andersson, A. Reynolds, F. Favata, M. Perryman, D. Goldie. // S-Cam 2. Performance and initial astronomical results. ESLAB 2000/018/S A. Vol. 4008.

35. D. D. E. Martin, P. Verhoeve, A. Peacock, A. G. Kozorezov, J. K. Wigmore, H. Rogalla, R. Venn // Resolution limitation due to phonon losses in superconducting tunnel junctions. Appl. Phys. Lett. 88, 123510 (2006) (3 pages).

36. R. den Hartog, D. Martin, A. Kozorezov, P. Verhoeve, N. Rando, A. Peacock, G. Brammertz, M. Krumrey, D. Goldie, R. Venn. // Distributed Read-Out Devices for X-ray Imaging Spectroscopy. ESLAB 2000/023/SA, Vol.4012.

37. Roberto Cristiano. Working Group on Superconducting Bolometers and Detectors // SCENET-Eleclnmles Rome, December 1999.

38. R. Cristiano, E. Esposito, L Frunzio, et. al. Magnetic properties of annular Josephson junctions for radiation detecrors: Experimental results. Appl. Phys. Lett.- 2000.- 44(22).- p. 3389-3391.

39. Kortlandt J., van der Zant H. S. J., Schellingerhout A.J.G. et al. Niobium tunnel junction fabrication using e-gun evaporation and SNAP//Physica C, v. 171, 1990, pp. 513-517.

40. Simon W., Libermann W., bucher E. et al. Nb/Al-AlOx/Nb tunnel junction using electron beam evaporation//Jorn. Appl. Phys., v. 72., N 9, 1992, pp. 4474-4479.

41. Yanawadkar M.P., Baskaran R., Gireesan K. at al. High quality Nb/Al-AlOx-Al/Nb Josephson junctions by electron beam evaporation//Jpn. J. Appl. Phys., v. 33,1994, pp. L.1662-L1664.

42. Lebedeva T.S., Shpilevoy P.B. Control of size deviation in the thin-film elements using the anodization profiles of the edges// Сверхпроводниковая электроника и биомагнетизм.- Киев, 1994, с. 33-38.

43. Vojtovich I.D., Lebedeva T.S., Navala S. Ya. et al. Express-control of thin-film SQUD production by anodization spectroscopy//Appl. Supercond., 1994, v. 2, pp. 1323-1326.

44. Kroger H., Smiht L.N., Jillie P.W. Selective niobium anodization process for fabrication Josephson tunnel junctions //Jorn. Appl, Phys., v. 39, N 3, pp. 280282.

45. Kroger H., Smiht L.N., Jillie P.W. JAWS-SNAP refractory logic circuits/ЛЕЕЕ Trans, on Magn., v. 19, N 3,1983, pp. 1170-1173.

46. Hakagava H., Kurosawa I., Takada S. et al. Josephson 4-bit digital counter circuit made by Nb/Al-oxide/Nb junctions/ЛЕЕЕ Trans, on Magn., v. 23, N 2, 1987, pp. 739-742.

47. Lange G., Jacobson R., Hu Q. Micromachined millimeter wave SIS mixers.// JEEE Trans, on Appl. Supercond, vol. 5, N 2,1995, pp. 1087-1090.

48. Lee L.P.S., Arambula E.R., Hanaya G. et al. RHEA (Resist Hardning Etching and Anodization) Process for Fine-Geometry Josephson Junction Fabrication/ЛЕЕЕ Trans, on Magn., v. 27, N 2,1991, pp. 3133-3136.

49. Rowell J.M., Gurvitch M. and Greek J. Modification of tunnelling barriers on Nb by a few nanolayers of Al // Phys. Rev. B, v. 24,1981, pp. 2278-2281.

50. Kwo J., Wertheim K., Gurvitch M. et al. X-ray photoemission spectroscopy study of surface oxidation of Nb/Al overlayer structures //Appl. Phys. Lett., v. 40,1982, pp. 675-677.

51. Gurvitch M., Washington W.A. and Huggins H.A. High quality refractory tunnel junction utilizing thin aluminum layers //Appl. Phys. Lett., v. 42, 1983, pp. 472-474.

52. Chang C.C., Gurvitch M., Hwang D.M. et al. Auger-electron spectroscopy, transmission electron microscopy and scanning electron microscopy studies of Nb/Al/Nb Josephson junction structures // J. Appl. Phys., v. 61,1987, pp. 50895097.

53. Morohashi S. and Hasuo S. Experimental investigation and analysis for high-quality Nb/AlOx-Al/Nb Josephson junctions//J. Appl. Phys., v. 61, N 10, 1987, pp. 4835-4849.

54. Morohashi S. and Hasuo S. Cross-sectional transmission electron microscopy observation of Nb/AlOx-Al/Nb Josephson junctions //Appl. Phys. Lett., v. 58, N6,1991, pp. 645-647.

55. Morohashi S. and Hasuo S. Cross-sectional transmission electron microscopy study for Nb/AlOx-Al/Nb, Nb/ZrOx-Zr/Nb, and Nb/HfOx-HtfNb Josephson junctions//Appl. Phys. Lett., v. 63, N 16,1993, pp. 2285-2287.

56. Shiota Т., Imamura Т., Hasuo S. Fabrication of high quality. Nb/AlOx-Al/Nb Josephson junctions: III- Annealing stability of AlOx tunnel barriers// IEEE Trans, on Appl. Supercond., v. 2, N 4,1992, pp. 221-227.

57. Rando N., Wright A. C., Lumley J. et al. Transmission electron microscopy and atomic force microscopy analysis of Nb/Al-AlOx/Nb superconducting tunnel junction detectors// J. Appl. Phys., v. 78, N 8,1995, pp. 4099-4105.1. КГЛАВЕ 2

58. Зайдель A.H., Островская Г.В., Островский Ю.И. // Техника и практика спектроскопии. Изд.2, испр. и доп. М., Наука, 1976

59. Monin, D.N.; Panchuk, V.E. // Middle resolution echelle spectrograph "Crab". 2001, Preprint SAO, 159, p. 1-26.

60. Panchuk, V.E. // Stellar spectroscopy technique at BTA: implemented capabilities and prospects. 1999, Preprint SAO, 141, p. 1-13.

61. N.Rando, A.Peacock, F.Favata, M.Perryman // S-CAM: An imaging spectrophotometer based on superconducting tunnel junctions. ESA-ESTEC-2000.

62. Т.Ван-Дузер, Ч. Тернер, // Физические основы сверхпроводниковых устройств и цепей. Пер. с англ. М:Радио и связь, 1984. - 344 с.

63. G. Brammertz. // Characterization of superconducting tunnel junctions, p. 1-85.

64. B.B. Шмидт. // Введение в физику сверхпроводников. М:Наука, 1982. -278 с.

65. S.Ariyoshi, H.Matsuo, C.Otani et al. // Characterization of an STJ-based direct detector of submilirheter waves. IEEET on Appl. Superconductivity,2005.-p. 1-4.

66. Н.Бронштейн B.M., Семендяев Б.П., // Справочник по математике, М:Наука, 1990.947 с.1. КГЛАВЕ3

67. Imamura T.and Hasuo S. Fabrication of high quality Nb/AlOx-Al/Nb Josephson junctions: I sputtered Nb films for junction electrodes/ЛЕЕЕ Trans, on Appl. Supercond., v. 2, N 1,1992, pp. 1-12.

68. Imamura T. and Hasuo S. Fabrication of high quality. Nb/AlOx-Al/Nb Josephson junctions: II deposition of thin Al layers on Nb films // IEEE Trans, on Appl. Supercond., v. 2, N 2,1992, pp. 84-94.

69. Imamura T. and Hasuo S. Evaluation of AlOx barrier thickness in Nb Josephson junctions using anodization profiles // Appl. Phys. Lett., v.55 , 1989, pp. 2250 -2252.

70. Imamura T. and Hasuo S. Characterization of Nb/AlOx-Al/Nb junction structures by anodization spectroscopy // IEEE Trans, on Magn., v. 25, N 2, 1989, pp. 1131-1134.

71. Imamura T. and Hasuo S. Characterization of Nb/AlOx-Al/Nb junction structures by anodization profiles // J. Appl. Phys., v. 66, N 5, 1989, pp. 21732180.

72. Vojtovich I.D., Lebedeva T.S., Navala S. Ya. et al. Express-control of thin-film SQUD production by anodization spectroscopy//Appl. Supercond., 1994, v. 2, pp. 1323-1326.

73. Halbritter J. On the oxidation and on the superconductivity of niobium//Appl. Phys., v. A43, 1987, pp. 1-28.

74. Белевский В.П. и др. Сверхпроводящие свойства и их взаимосвязь со структурой пленок ниобия, полученных термоионным осаждением//Электронная техника, вып.5(Ш), с. 72-78.

75. Maezawa M., Aoyagi M., Kurosawa H.H. et al. Subgap characteristics of Nb/AlOx/Nb tunnel junctions with high critical current density/ЛЕЕЕ Trans.on Appl. Supercond., v. 5, N 2,1995, pp. 3073-3076.

76. Pringle J.P.S. The anodic oxidation of superimposed niobium and tantalum layers: theoiy/ZElectrochem. Acta, v. 25, 1980, pp. 1403-1421.

77. Pringle J.P.S. The anodic oxidation of superimposed metallic layers: theory//Electrochem. Acta, v. 25, 1980, pp. 1423-1437.

78. Morohashi S. and Hasuo S. Cross-sectional transmission electron microscopy observation of Nb/AlOx-Al/Nb Josephson junctions //Appl. Phys. Lett., v. 58, N6,1991, pp. 645-647.

79. Morohashi S. and Hasuo S. Cross-sectional transmission electron microscopy study for Nb/AlOx-Al/Nb, Nb/ZrOx-Zr/Nb, and Nb/HfOx-Hf/Nb Josephson junctions//Appl. Phys. Lett., v. 63, N 16, 1993, pp. 2285-2287.

80. Rando N., Wright A. C., Lumley J. et al. Transmission electron microscopy and atomic force microscopy analysis of Nb/Al-AlOx/Nb superconducting tunnel junction detectors// J. Appl. Phys., v. 78, N 8,1995, pp. 4099-4105.

81. Pringle J.P.S. The anodic oxidation of superimposed niobium and tantalum layers: theoiy/ZElectrochem. Acta, v. 25, 1980, pp. 1403-1421.

82. Pringle J.P.S. The anodic oxidation of superimposed metallic layers: theory//Electrochem. Acta, v. 25, 1980, pp. 1423-1437.

83. Gurvitch M., Washington M. A., Huggins H.A. High quality refractory Josephson tunnel junctions utilizing thin aluminium layers//Appl. Phys. Lett., v. 42, N5,1983, pp. 472-474.

84. Gurvitch M., Washington M. A., Huggins H.A. Preparation and properties of Nb Josephson junctions with thin Al layers //IEEE Trans, on Magn., v. 19, N 3, 1983, pp. 791-794.

85. Kim D. H., Gray J.H., Kang J. H. et al. Resistive measurement of the temperature dependence of the penitration depth of Nb in Nb/AlOx/Nb junctions//Jorn. Appl. Phys., N 12,1994, pp. 8163-8167.

86. Lebedeva T.S., Shpilevoy P.B. Control of size deviation in the thin-film elements using the anodization profiles of the edges// Сверхпроводниковая электроника и биомагнетизм.- Киев, 1994, с. 33-38.

87. Matsumura A., Takahashi Т. and Kurakado М. Effect of Al overlayer thickness on the leakage current of radiation detectors using Nb/Al-AlOx/Nb superconducting tunnel junctions // Jorn. Appl. Phys., v. 76, N 8, 1994, pp. 4761-4765.

88. Morohashi S. and Hasuo S. Experimental investigation and analysis for high-quality Nb/AlOx-Al/Nb Josephson junctions//J. Appl. Phys., v. 61, N 10, 1987, pp. 4835-4849.

89. Палмер Д., Дечер С. Изготовление микроэлектронных элементов цепей из сверхпроводящих пленок тугоплавких металлов/Шриборы для научных исследований, т. 44, N 11, 1973, с. 73-78.

90. Kroger Н., Smith L.N., Jillie D.W. Selective niobium anodization process for fabrication Josephson tunnel junctions //Appl. Phys. Lett., v. 39, N3, 1981, pp. 280-282.

91. Huggins H.A., Gurvitch M. Preparation and characterization of Nb/AlOx-Al/Nb josephson junctions //Jorn. Appl. Phys., v. 57,1985, pp. 2103-2109.

92. Shiota Т., Imamura Т., Hasuo S. Fabrication of high quality. Nb/AlOx-Al/Nb Josephson junctions: III- Annealing stability of AlOx tunnel barriers// IEEE Trans, on Appl. Supercond., v. 2, N 4,1992, pp. 221-227.

93. Gundlach К. H., Billon D., Lehnert T. et al. Double-barrier tunnel junctions for quasiparticle mixers//Jorn. Appl. Phys., v. 75, N 4,1994, pp. 097-4102.

94. Nevirkovets I.P., Kohlstedt H., Heiden C. Properties of multilayred Nb-based tunnel structures prepared with whole-wafer process//Cryogenics, v. 32, 1992, pp. 583-586.

95. Blamire M.G., Huang K.H., Somekh R.E et al. Direct observation of atomic planes in epitaxialmultilayers by anodization spectroscopy//Appl. Phys. Lett., v. 55, N 8, pp. 732-734.1. К ГЛАВЕ 4

96. N. Rando et al. // "S-CAM: A cryogenic camera for optical astronomy based on STJ", IEEE Trans, on Appl. Supercond. vol.10, pp. 1617-1625,2000.

97. N. Budnik et al., // "Pulse-relaxation oscillation SQUID magnetometer". Proc. 13 IMEKO World Congress. Torino, Italy, vol.3, pp. 2383-2387,1994.3. P. Verhoeve et al., 2001,http://astro.estec.esa.nl/SA-general/Recearch/Detectorsandoptics/home.html

98. A. Nakayama, H. Nagashima, J. Shimada, Y. Okabe. // Effects of Aluminum Over-layer Thickness on Characteristics of Niobium Tunnel Junction Fabricated by DC Magnetron Sputtering. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, Vol.5, No. 2, June 1995.