Широкополосные высокостабильные терагерцовые смесители на горячих электронах из тонких сверхпроводящих пленок NbN тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.03, кандидат физико-математических наук Рябчун, Сергей Александрович

• Рябчун, Сергей Александрович
• кандидат физико-математических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Рябчун, Сергей Александрович

Список сокращений.

Введение.

Глава 1. Обзор литературы и постановка задачи диссертационного исследования.

1.1. Гетеродинные приемники на основе ДБШ и СИС.

1.1.1. ДБШ смесители.

1.1.2. СИС смесители.

1.2. Смесители на горячих электронах.

1.2.1. Эффект электронного разогрева в сверхпроводниках.

1.2.2. HEB смесители с фононным каналом охлаждения.

1.2.3. HEB смесители с диффузионным каналом охлаждения.

1.2.5. Согласование HEB смесителя с входным излучением.

1.2.5. Стабильность HEB приемника.

1.3. Выбор объекта исследования и постановка задачи диссертационного исследования.

Глава 2. Изготовление HEB смесителей и ¡методики измерений их характеристик.

2.1. Изготовление HEB смесителей.

2.1.1. Квазиоптические HEB смесители.

2.1.2. Волноводные HEB смесители.

2.2. Методика исмерения зависимости сопротивления HEB смесителя от температуры.

2.3. Методика измерения полосы преобразования HEB смесителя.

2.4. Методика измерения стабильности HEB приемника.

2.5. Методика измерения температурного разрешения HEB приемника. 59 Заключение.

Глава 3. Полоса преобразования квазиоптического NbN HEB смесителя с двумя каналами охлаждения.

3.1. Параметры исследуемых HEB смесителей.

3.2. Исследования полосы преобразования HEB смесителя при температуре сверхпроводящего перехода.

3.2. Калибровка тракта ПЧ HEB приемника.

3.2. Выводы.

Глава 4. Стабильность и температурное разрешение волноводного HEB приемника на частоте 810 ГГц.

4.1. СВЧ инжектирование.

4.2. Исследование стабильности волноводного HEB приемника.

4.3. Температурное разрешение волноводного HEB приемника в радиометрическом режиме.

4.4. Температурное разрешение волноводного HEB приемника в спректроскопическом режиме.

4.5. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Широкополосные высокостабильные терагерцовые смесители на горячих электронах из тонких сверхпроводящих пленок NbN»

Исследования в терагерцовой области спектра электромагнитного излучения (0.3 ТГц - 3 ТГц) являются важной задачей наблюдательной астрономии [1, 2, 3, 4]. Определенные процессы в «жизненном цикле» межзвездного вещества, в Млечном Пути и других галактиках имеют характерные линии испускания и поглощения, лежащие в терагерцовой области. Молекулярные соединения такие, как СО, СБ, БО, 802, НСО+, НСМ, С, >Г и С+, могут наблюдаться в этой части спектра электромагнитного излучения. Рождение звезды происходит в результате гравитационного коллапса межзвездных пылевых туманностей. В процессе коллапса основная часть энергии туманности переходит в электромагнитное излучение терагерцового диапазона. Регистрация этого излучения с помощью приемников терагерцового диапазона и анализ полученных данных дают богатую информацию о плотности, температуре и других характеристиках этих туманностей, что необходимо« для дальнейшего изучения эволюции звезд и планетных формирований. Таким образом, наблюдения, проведенные в терагерцовой области, могут способствовать лучшему пониманию явлений, протекающих в гигантских межзвездных молекулярных облаках и областях формирования звезд, а также дать информацию о различных процессах, протекающих в Млечном Пути и других галактиках. Спектральная плотность энергии электромагнитного излучения, испускаемого молекулярным облаком в терагерцовом диапазоне, приведена на Рис. 1. На том же рисунке, для сравнения, показана спектральная плостность излучения черного тела при 30 К. А

Ш -jqIO >s

109

2тт 1тт 500/яп 200/ш 100/хгп

Рис. 1: Спектральная плотность энергия электромагнитного излучения, испускаемого молекулярным облаком в терагерцовом диапазоне. Для сравнения, показана спектральная плостность излучения черного тела при 30 К.

Однако наблюдения в терагерцовой области спектра довольно затруднены, главным образом, из-за сильного ослабления электромагнитного излучения этого диапазона земной атмосферой, поэтому телескопы необходимо распологать в высокогорных областях (RLT [1], SMA [5], ALMA [6]) или базировать на самолетах (SOFIA [7]), или запускать в космос (Herschel [8]). На Рис.2 показано пропускание

0.5 mm pwv

1 mm pwv

2 mm pwv

MIX, A

400

1200

1400

1600

600 800 1000 Frequency [GHz]

Рис. 2: Пропускание атмосферы в направлении на зенит на высоте 4200 м (Mauna Кеа, Hawaii). атмосферы в направлении на зенит на высоте 4200 м над уровнем моря (Mauna Кеа, Hawaii). Как видно, на частотах выше 1 ТГц, даже в таком благоприятном для радиоастрономии месте, как Mauna Кеа, атмосфера практически непрозрачная.

Основными параметрами гетеродинных приемников являются шумовая температура и полоса преобразования. До недавнего времени, основными приемниками в терагерцовом диапазоне являлись приемники на диодах Шоттки (ДБШ), работающие в широком диапазоне температур [9, 10, 11]. Однако такие приемники требуют большой мощности гетеродина (порядка нескольких милливатт), что трудно достижимо на частотах порядка 1 ТГц и выше из-за отсутствия мощных перестраиваемых твердотельных источников излучения.

В настоящее время на частотах ниже 1 ТГц безусловными лидерами являются смесители на туннельном переходе свехпроводник-изолятор-сверхпроводник (СИС смесители) из-за их низкой* шумовой температуры (несколько hv/кв) и стабильности^ по отношению к флуктуациям мощности гетеродина в время работы. Поэтому они широко используются в радиотелескопах, работающих в этом диапазоне (например, SMA [5], ALMA. [6]). К сожалению, шумовая температура СИС смесителя резко возрастает, когда частота излучения приближается или превышает величину энергетической1 щели сверхпроводящего материала, из которого он изготовлен [12].

Смесители на эффекте разогрева электронов в резистивном состоянии сверхпроводников (hot-electron bolometer (НЕВ) mixer) [13, 14, 15] были выбраны для терагерцовой астрономии из-за того, что они не имеют частотных ограничений по механизму смешения [16, 17], обладают низкой шумовой температурой (менее 1 К/ГГц), и отностильно широкой полосой преобразования [18, 19.; 20, 21, 22], и также, поскольку они требуют меньше мощности гереродина, чем смесители на диодах Шоттки (ДБШ смесители). Поэтому в гетеродинном инструменте для дальней ИК области (Heterodyne Instrument for the Far-Infrared - HIFI), который запущен на борту космической обсерватории Herschel НЕВ смеситель используется для полосы частот 1410-1910 ГГц [8]. Два гетеродинных приемника, CASIMIR и GREAT, на основе НЕВ смесителей, работающих в частотных диапазонах 1.2-2.1 ТГц и 1.5-5 ТГц, будут запущены на борту самолетной обсерватории SOFIA [7]. НЕВ смеситель будет использован для наблюдений на частоте 1.8 ТГц в проекте воздушного базирования TELIS [23]. Наземный телескоп APEX, расположенный в Северном Чили (Llano de Chajnantor) на высоте 5105 м над уровнем моря использует НЕВ смеситель для покрытия частотного диапазона 1250-1384 ГГц [24]. Receiver Lab Telescope, построенный в Гарвард-Смитсониевском астрофизическом центре в настоящее время один из немногих наземных телескопов, работающих на частотах 0.8-1.5 ТГц. [25]. Проект МИЛЛИМЕТРОН [26], разрабатываемый Астрокосмическим Центром ФИАН им. П. Н. Лебедева, будет использовать НЕВ приемники для проведения наблюдений на частотах выше 1 ТГц.

Несмотря на неоспоримые преимущества НЕВ смесителей по сравнению с другими приемниками на частотах выше 1 ТГц, ведется поиск лучших характеристик — более низкой4 шумовой температуры и широкой полосы преобразования. В настоящее время полоса, преобразования практических НЕВ приемников не превышает 4 ГГц. Что касается гетеродинной спектроскопии, более широкая полоса преобразования может позволить наблюдение нескольких относительно узких спектральных линий или одной широкой линии (например, в случае быстро вращающегося объекта происходит допплеровское уширение линии) без необходимости перестраивать частоту, гетеродина, процедуры не только нежелательной, но и иногда практически невозможной. В радиометрах, в простейшем случае (см. обсуждение ниже), температурное разрешение обратно пропорционально квадратному корню из полосы детектирования и улучшается при уменьшении шумовой температуры приемника: где ТА - температура антенны, 7r - шумовая температура приемника, В -полоса детектирования* приемника и г - время интегрирования. Таким образом, увеличение полосы детектирования/преобразования и уменьшение шумовой температуры являются важными практическими задачами:

В реальности, для? наблюдения большинства астрономических объектов на терагерцовых частотах требование, чтобы, приемник имел низкую: шумовую температуру, часто недостаточно для достижения нужного отношения сигналтшум; т.к. принимаемый* сигнал обычно; очень слабый. Эффективная температура антенны,, соответствующая? линии испускания в ? молекулярных облаках, часто на несколько порядков г ниже; чем шумовая.: температура- приемника. Если шум в системе; полностью некоррелирован, т.е; он белый; тогда можно достичь, любого отношения; сигнал-шум просто за счет увеличения времени интегрирования, т.к. в этом случае* вклад шума будет уменьшаться обратно пропорционально квадратному корню из произведения полосы приемника« и времени интегрирования (см. формулу (1) выше). Обычно^ Однако в системе присутствуют другие виды шума, именно 1/f (фликер) шум и дрейф,' что делает увеличение времени, интегрирования? бесполезным (в случае 1/f шума) или вредным (дрейф);. В настоящее: время? для HEB приемников, оптимальное; время интегрирования (время Аллана); меньше 1 секунды [27] и вопрос его увеличения остается открытым.

Актуальность диссертационной- работы заключается; в исследовании;; путей; расширения' полосы преобразования; HEB" симесителей, а также возможностей улучшения стабильности HEB приемников.

Эффект электронного разогрева; реализуется в тонких сверхпроводящих неупорядоченных пленках с малой длиной* свободного: пробега электронов. В таких пленках, на- малых энергиях, преобладает электрон-электронный механизм релаксации энергии; над электрон-фононным; Это приводит к фермизации функции распределения электронов [28; 29, 30, 31], то есть- электронной, подсистеме сверхпроводящей пленки можно приписать некоторую эффективную температуру. Быстродействие болометра на горячих электронах определяется временем.' релаксации электронной температуры, котрое зависит от материала сверхпроводника (в явномвиде через время электрон-фононного взаимодействия и-электронную и фононную теплоемкости), а также от его геометрии (через время ухода» неравновесных фононов в подложку, и время диффузии горячих электронов в контакты). Вообше говоря; переход пленки в резистивное состояние может произойти- под воздействием ряда факторов: магнитного поля, внешнего высокочастотного излучения (не обязательно с частотой выше частоты, соответствующей энергетической^ щели сверхпроводника) или же высокой рабочей температуры (порядка^критической).

Если на сверхпроводящую пленку падает электромагнитное излучение, то его энергия перераспределяется посредством электрон-электронного взаимодействия по электронной^ подсистеме, вызывая повышение ее температуры. Энергия от разогретых электронов благодаря элеьсгрон-фононному взаимодействию переходит к фононам, причем неравновесные фононы, не нагревая фононной подсистемы, будут выходить из пленки в подложку. Описанный канал охлаждения электронной подсистемы называется фононным и реализуется- в случае «грязных» неупорядоченных плёнок с малым временем электрон-электронного взаимодействия. Быстродействие в этом случае будет определяться электронной и фононной теплоемкостями, временем электрон-фононного взаимодействия, а также временем ухода неравновесных фононов в подложку. Ширина полосы преобразования НЕВ смесителей с фононным каналом охлаждения достигает 3.2 ГГц для волноводных смесителей [20] и 5.2 ГГц для квазиоптических смесителей [21].

Для чистых пленок с большим коэффициентом диффузии X) электронов можно реализовать диффузионный канал охлаждения электронов [32]. В этом случае длина смесительного элемента должна быть много меньше тепловой длины ь,=1Т4Ш1 , (2) где В - коэффициент дифузии материала, и г© - время релаксации электронной температуры, и тогда горячие электроны будут уходить из смесителя в нормальные контакты до рассеивания на фононах. Ширина полосы преобразования смесителя с диффузионным каналом охлаждения обратно пропорциональна квадрату длины мостика и может достигать 9 ГГц [33]. Однако здесь имеется ряд трудностей, ограничивающих применение смесителя с диффузионным каналом охлаждения в практических приборах. Как было отмечено, для обеспечения широкой полосы преобразования длина смесительного элемента должна быть много меньше тепловой длины. Это значит, что тепловой домен, образующийся, например, при поглощении пленкой электромагнитного излучения или при выделении джоулева тепла, будет быстро схлопываться, что приведет к тому, что вольт-амперная характеристика такого смесителя будет срывной. Оптимальная же по шумовой температуре область на вольт-амперной характеристике находится очень близко к точке срыва, а это означает, что приемник будет нестабилен. Далее, малость размеров смесительного элемента делает его весьма чувствительным к статическому электричеству.

НЕВ может быть использован как смеситель благодаря тому факту, что изменение электронной температуры пропорционально поглощенной мощности, а она, в свою очередь, пропорциональна квадрату амплитуды излучения - отсюта возможность смешения. Таким образом, HEB смеситель осуществляет нелинейное инерционное преобразование частоты [34, 35, 36]. Высокая чувствительность такого смесителя обусловлена большой температурной крутизной сверхпроводящего перехода. Эффективность преобразования не зависит от объема смесительного элемента, который определяет лишь. оптимальный уровень поглощенной мощности гетеродина. В силу того, что выходная мощность существующих твердотельных источников (лампы обратной волны и газоразрядные лазеры применяются в основном лишь в лабораторном эксперименте) составляет несколько микроватт [37], представляется .разумным уменьшать объем смесительного элемента. Большим достоинством HEB смесителей является то, что отклик сверхпроводящей пленки на падающее электромагнитное излучение является неселективным [16, 17], другими словами, смесители на электронном разогреве не имеют ограничений по спектральному интервалу. Кроме того, на частотах терагерцового' диапазона импеданс смесителя является частотно независимым и чисто активным, что облегчает задачу согласования смесительного элемента с различными типами квазиоптических антенн.

Расширение полосы преобразования HEB смесителей с фононным каналом охлаждения может быть достигнуто либо путем уменьшения толщины пленки [21], либо же путем использования подслоев для улучшения акустического согласования пленки и подложки [20]. В обоих случаях расширение полосы преобразования происходит за счет уменьшения времени ухода неравновесных фононов в подложку.

Существует два способа согласования HEB смесителя с входным электромагнитным излучением: волноводный [38] и квазиоптический [39]. в случае волноводного согласования смесительный чип зажимается между двумя секциями волноводного смесительного« блока. Фронтальная секция несет гофрированный рупор. Длина волновода в задней секции выбирается таким образом, чтобы обеспечить как можно лучшее согласование смесительного элемента с излучением. К сожалению, на частотах выше 1 ТГц изготовление смесительных блоков представляется очень трудной задачей, поэтому приходится использовать квазиоптическую схему согласования. В этом случае смесительный элемент интегрируется с планарной антенной (логоспиральной, логопериодической, двухщелевой), расположенной в фокусе вытянутой полусферической или эллиптической линзы.

Целью диссертационной работы является исследование HEB смесителей терагерцового диапазона, изготовленных из тонких (3.5 нм) сверхпроводящих пленок NbN, которые наряду с широкой полосой преобразования обладали бы высокой стабильностью.

Предметом диссертационной работы является:

1. Исследование возможности расширения полосы преобразования HEB смесителей с фононным каналом охлаждения путем открытия дополнительного диффузионного канала.

2. Исследование возможности улучшения стабильности HEB приемника на основе смесителя с фононным каналом охлаждения путем контролируемого инжектированя СВЧ излучения одновременно с излучением гетеродина.

3. Прямые измерения температурного разрешения HEB приемника на основе смесителя с фононным каналом охлаждения в радиометрическом и спектроскопическом режимах.

Объектом исследования ппри измерении ширины полосы преобразования являлись квазиоптические смесители, изготовленные из пленок NbN толщиной 3.5 нм, напыленные на подложки из высокоомного Si. Для исследования возможности улучшения стабильности, а также для проведения измерений температурного разрешения ПЕВ приемника использовались волноводные смесители, рассчитанные на частоту гетеродина 0.8 ТГц и изготовленные из пленок NbN толщиной 3.5 нм, напыленные на* подложки из кристаллического кварца Z-ориентации с подслоем MgO.

Измерение ширины полосы преобразования проводилось при критической температуре с использованием двух JIOB на частоте 300 ГГц. Исследования возможности улучшения стабильности, а также измерения температурного разрешения HEB приемника проводились при 4.2 К на частоте гетеродина 810 ГГц.

Научная новизна диссертационной работы заключается, в следующем:

1. Изготовлен и исследован HEB смеситель с фононным каналом охлаждения электронной подсистемы и дополнительным диффузионным каналом, имеющий рекордную полосу преобразования.

2. Исследована система компенсации влияния флуктуаций мощности гетеродина на рабочую точку HEB смесителя путем контролированного инжектированя СВЧ излучения одновременно с излучением гетеродина.

3. Проведены прямые измерения температурного разрешения HEB приемника на основе смесителя с фононным каналом охлаждения в радиометрическом и спектроскопическом режимах.

На защиту выносятся следующие положения;

1. Полоса преобразования NbN НЕВ смесителя с in situ Au контактами зависит от длины смесительного элемента. Зависящий от длины L вклад в полосу преобразования пропорционален HL2, что однозначно указывает на диффузионное охлаждение горячих электронов в NbN НЕВ смесителях.

2. Квазиоптические НЕВ смесители4 при длине 0.112 мкм с in situ золотыми контактами имеют рекордную полосу преобразования 6.5 ГГц, что почти в два раза превышает типичное значение 3.5 ГГц, полученное для NbN НЕВ смесителей на Si подложках с ex situ золотыми контактами.

3. Применение СВЧ цепи обратной связи позволяет устранить дрейф выходной мощности НЕВ приемника, обусловленный флуктуациями мощности гетеродина, таким образом увеличивая время Аллана до 10 с, что на порядок превышает типичное значение 1 с без использования активного контроля рабочей точки смесителя.

4. При использовании СВЧ цепи обратной связи температурное разрешение НЕВ приемника улучшается с 1.0 К до 0.7 К в радиометрическом режиме и с 2.8 К до 1.7 К в спектроскопическом режиме.

Практическая значимость диссертационной работы состоит в расширении полосы преобразования НЕВ смесителей с фононным каналом охлаждения путем открытия дополнительного диффузионного канала, а также улучшении стабильности НЕВ приемника на основе смесителя с фононным каналом охлаждения путем контролируемого инжектированя СВЧ излучения одновременно с излучением гетеродина. В целом, работа направлена* на разработку стабильных широкополосных HEB приемников для применения;: в терагерцовой радиоастрономии. Исследованные HEB смесители непосредственно используются; на телескопе RET (Receiver Lab Telescope) Гарвард-Смитсониевского астрофизического центра для проведения наблюдений на частотах 0.8-1.5 ТГц.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка публикации. автора и литературы. Объем работы составляет 112 страниц, включая 26 рисунков и 3 таблицы. Библиография? включает 93 наименования;

Заключение диссертации по теме «Радиофизика», Рябчун, Сергей Александрович

4.5. Выводы

Сформулируем основные результаты.

1. Замещение небольшого количества СВЧ излучения для компенсации флуктуаций мощности гетеродина приводит лишь к незначительному ухудшению работы НЕВ смесителя.

2. СВЧ цепь обратной связи может устранить дрейф выходной мощности НЕВ приемника, таким образом увеличивая время Аллана до 10 с.

3. Отсутствие признаков шума в графике дисперсии Аллана для тракта ПЧ указывает на то, что этот тип шума может быть вызван либо самим смесителем, либо гетеродином.

4. Используя калибровочный модуль с несколькими нагрузками и газовую ячейку, было возможно провести прямые измерения температурного разрешения НЕВ приемника на частоте гетеродина 810 ГГц.

5. В радиометрическом режиме приемник может обнаружить изменение температуры антенны, равное ГОК, что существенно хуже теоретического значения 0.07 К, предсказываемого уравнением радиометра. Отдельные измерения дисперсии Аллана показали, что такое большое расхождение связано с присутствием Ш шума.

6. В спектроскопическом режиме приемник может различить изменение яркостной температуры спектральной линии, равное 2.8 К. В этом случае уравнение радиометра предсказывает 1.4 К, что только в 2 раза лучше.

7. Относительное улучшение по сравнению с радиометрическим режимом связано с уменьшением вклада Ш шума и дрейфа на коротких временах интегрирования.

8. В обоих режимах работы температурное разрешение приемника было улучшено на 40% при использовании цепи обратной связи, которая подстраивала уровень инжектированной СВЧ мощности таким образом, чтобы поддерживать неизменным рабочий ток НЕВ смесителя.

Заключение

1. Полоса преобразования 6.5 ГГц была достигнута при температуре сверхпроводящего перехода на частоте 300 ГГц на HEB смесителях с in situ золотыми контактами, что почти в два раза превышает типичное значение 3.5 ГГц, полученное для HEB смесителей с ex situ золотыми контактами.

2. Зависимость полосы преобразования от длины смесительного элемента ясно указывает на существование дополнительного диффузионного охлаждения в HEB смесителях с фононным каналом охлаждения.

3. Замещение небольшого количества СВЧ излучения для компенсации влияния флуктуаций мощности гетеродина приводит лишь к незначительной деградации шумовой температуры и коэффициента преобразования HEB смесителя.

4. СВЧ цепь обратной связи может устранить дрейф выходной мощности HEB приемника, таким образом увеличивая время Аллана до 10 с, что на порядок превышает типичное значение 1 с без использования активного контроля рабочей точки смесителя.

5. Отсутствие признаков 1/f шума в графике дисперсии Аллана для тракта ПЧ указывает на то, что этот тип шума может быть вызван либо самим смесителем, либо гетеродином.

6. В радиометрическом режиме приемник может обнаружить изменение температуры антенны равное 0.7 К или 1.0 К, в зависимости от того закрыта или открыта цепь обратной связи, что существенно хуже теоретического значения 0.07 К, предсказываемого уравнением радиометра. Отдельные измерения дисперсии Аллана показали, что такое большое расхождение связано с присутствием \И шума в сигнале гетеродина.

7. В спектроскопическом режиме приемник может различить изменение яркостной температуры спектральной линии равное 1.7 К или 2.8 К в зависимости от того закрыта цепь обратной связи или открыта. В этом случае уравнение радиометра предсказывает 1.4 К. Относительное улучшение по сравнению с радиометрическим режимом связано с уменьшением вклада 1/Т шума и дрейфа на коротких временах интегрирования.

В заключение автор хотел бы выразить признательность своему научному руководителю профессору Гольцману Григорию Наумовичу за постоянное внимание и руководство в осуществлении данного диссертационного исследования, а также при написании диссертации. Диссертация была бы далеко не полной без неоценимой помощи и содействия в работе доктора Эдварда Тонга и доктора Рэя Бланделла, а также всего коллектива Лаборатории субмиллиметровых приемников Смитсоновской астрофизической обсерватории. Хотелось бы выразить благодарность всему коллективу Учебно-научного радиофизического центра МПГУ за помощь и неизменную дружескую поддержку.

Список публикаций автора

Публикации в журналах из списка ВАК РФ

1. S. Ryabchun. С.Е. Tong, R.Blundell, and G. Gol'tsman. Stabilization scheme for hot-electron bolometer receivers using microwave radiation // IEEE Trans. Applied Supercond. - 2009. - vol. 19, no. 1. - pp. 14-19. -0,438 п. л. (авторских 40%)

2. S. Ryabchun. С.-Y. E. Tong, R. Blundell, R Kimberk and G. Gol'tsman. Study of the Effect of Microwave Radiation on the Operation of HEB Mixers in the Terahertz Frequency Range // IEEE Trans. Applied Supercond. - 2007. - vol. 17, no. 2. - pp. 391-394. - 0,25 п. л. (авторских 40%).

Другие публикации

3. S. A. Ryabchun. I. V. Tretyakov, M. I. Finkel, S. N. Maslennikov, N. S. Kaurova, V. A. Seleznev,B. M. Voronov and G. N. Goltsman. Fabrication and characterisation of NbN HEB mixers with in situ gold contacts // Proceedings of the 19th International Symposium on Space Terahertz Technology. - Groningen, the Netherlands: 2008. - pp. 62-67. - 0,438 n. л. (авторских 20%).

4. Sergey Ryabchun. Cheuk-yu E. Tong, Raymond Blundell, Robert Kimberk, Gregory Gol'tsman. Stabilisation of the terahertz Hot-Electron Bolometer mixer with microwave feedback control // Proceedings of the 18h International Symposium on Space Terahertz Technology / California Institute of Technology. - Pasadena, CA, USA: 2007. - pp. 193-198. -0,438 п. л. (авторских 30%).

5. Sergey Ryabchun. Cheuk-yu E. Tong, Raymond Blundell, Robert Kimberk, Gregory Gol'tsman. Effect of microwave radiation on the stability of terahertz hot-electron bolometer mixers // Proc. SPIE. - 2006. - vol. 6373, 63730J. - 0,3 п. л. (авторских 30%).

6. I. V. Ttretyakov, S. A. Ryabchun. S. N. Maslennikov, M. I. Finkel, N. S. Kaurova, V. A. Seleznev, В. M. Voronov, G. N. Goltsman. NbNHEB mixer: fabrication, noise temperature reduction and characterization // Proceedings of the 3rd International Conference "Fundamental Problems of High-Temperature Superconductivity". - Zvenigorod, Russia: 2008. -pp. 284-285. - 0,125 п. л. (авторских 20%).

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Рябчун, Сергей Александрович, 2009 год

1. 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.

2. Walker, C.K., Kulesa, C.A. Terahertz astronomy from the coldest place on earth I I The Joint 30th International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 13th International Conference on Terahertz Electronics. 2005. - vol. 1. - pp. 3-4.

3. Large antennas for ground-based astronomy above 1 THz / W. Wild, R. Gusten, W. S. Holland, R. J. Ivison, G. L. Stacey // Antennas and Propagation Society International Symposium. 2006. - pp. 2391-2394.

4. SMA Submillimeter Array. - Internet page. - 2009. http://www.cfa.harvard.edu/sma/.

5. ALMA Atacama Large Millimeter Array. - Internet page. - 2009. http ://www. almaobservatory.org/index.php.

6. SOFIA Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy. - Internetpage. 2009. http://www.sofia.usra.edu/.

7. HERSCHEL. Internet page. - 2009. http://www.esa.int/scienee/herschel.

8. GaAs Schottky Diodes for THz Mixing Applications / T. W. Crowe, R. J. Mattauch, H. R Roser, W. L. Bishop, W. С. B. Peatman, and X. Liu, // Proc. IEEE. 1992. - vol. 80. - pp. 1827-1841.

9. A Wide-band 760-GHz Planar Integrated Schottky Receiver / S. S. Gearhart, J. Hesler, W. L. Bishop, T. W. Crowe, and G. M. Rebeiz И IEEE Microwave and Guided Wave Lett. — 1993. — vol. 3. pp. 205-297.

10. John R. Tucker, Marc J. Feldman. Quantum detection at millimeter wavelengths // Rev. Mod. Phys. 1985. - vol. 57. - p. 1055.

11. Electromagnetic Radiation Mixer Based on Heating in Resistive State of

12. Superconductive Nb and YBaCuO Films / E. M. Gershenzon, G. N. Gol'tsman, Yu. P. Gousev, A. I. Elant'ev, and A. D. Semenov // IEEE Trans, on Mag. 1991. - vol. 27, no. 2. - pp. 1317-1320.

13. 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.

14. Terahertz-frequency waveguide NbN hot-electron bolometer mixer / J. Kawamura, C.Y.E. Tong, R. Blundell, D.C. papa, T.R. Hunter, F. Patt, G. Gol'tsman, and E. Gershenzon // IEEE Trans, on Appl. Supercond. 2001. -vol. 11.-pp. 952-954.

15. TELLIS Terahertz and submillimeter Limb Sounder. - Internet page. -2009. http://www.sron.nl/index.php? option=comcontent&task=view&id=2037&Itemid=1900

16. APEX Atacama Pathfinder Experiment. - Internet page. - 2009. http://www.apex-teiescope.org/

17. MHJIJIHMETP OH. — Internet page. 2009. http://www.asc.rssi.ru/millimetron/eng/millimeng.htm

18. Stability of Heterodyne Receivers / J.W. Kooi, J.J.A. Baselmans, A. Baryshev, R. Schieder, M. Hagenius, J.R. Gao, T.M. Klapwijk, B. Voronov and G. Gol'tsman // Journal of Applied Physics. 2006. - vol. 100, issue 6. - pp. 064904-064904-9.

19. B. L. Altshuler, A. G. Aronov. Electron-electron interaction in disordered conductors // Modern problems in condensed matter science Ed. A.L.Efros, M.Pollas - 1985 - North-Holland Co., Amsterdam - pp. 1-153.

20. Ю. M. Рейзер, А. В. Сергеев. Электрон-фононное взаимодействие в примесных металлах и сверхпроводниках // ЖЭТФ. 1986. - том. 90, №3. —стр. 1056-1090.

21. Электрон-фононное взаимодействие в ультратонких пленках Nb / Е. М. Гершензон, М. Е. Гершензон, Г. Н. Гольцман, А. М. Люлькин, А. Д. Семенов, А. В. Сергеев ¡¡ЖЭТФ. — 1990. том 96, вып.З. — стр. 901-911.

22. D. Prober. Superconducting terahertz mixer using a transition-edge microbolometer H Appl.Phys.Lett. 1993. - vol. 62, issue 17. - p. 2119.

23. Разогрев квазичастиц в сверхпроводящей пленке, находящейся врезистивном 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.

24. 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 II ЖЭТФ. — 1984. — том. 86, вып. 2. — стр. 758-774.

25. 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. 241244.

26. Low-noise Terahertz Waveguide Hot-Electron Bolometer Heterodyne Receiver / С. E. Tong, J. Kawamura, R. Blundell, G. Gol'tsman, & E. Gershenzon // Proc. IEEE 7th Intl. Conf. on THz Electronics / Nara. -Japan: 1999.-pp. 44-47.

27. Optimization of MOVPE Grown 1пхА11хЯп0 53Ga04yAs Planar

28. N. R. Erickson. Low noise Submillimeter receivers Using Single-Diode Harmonic Mixers // Proc. IEEE 1992 - vol. 80, issue 11 - pp. 17211728.

29. J. R. Tucker. Quantum limited detection in tunnel junction mixers // IEEE J. Quantum Electron. 1979 — vol., issue 11 - pp. 1234 - 1258 .

30. J. R. Tucker and M. J. Feldman. Quantum detection at millimeter wavelength//Rev. Mod. Phys. 1985 - vol. 57, no. 4-pp. 1055-1113.

31. Design and characterization of 200-300 GHz fixed tuned SIS receiver I C.-Y. E. Tong, R. Blundell, S. Paine, D. C. Papa, J. Kawamura, X. Zhang, J. A. Stern, & H. G. LeDuc // IEEE Trans, on Micr. Theory and Tech. -1996 vol. 44, no. 9 - pp. 1548-1566.

32. A three photon noise SIS heterodyne receiver at submillimeter wavelength / A. Karpov, J. Blondel, M.Voss, and K.Gundlach I! IEEE Trans. Appl. Supercond. 1992 - vol. 9, issue 2 - pp. 4456-4459.

33. A 530-GHz Balanced Mixer / G. Chattopadhyay, F. Rice, D. Miller, H.G. LeDuc, and J. Zmuidzinas // IEEE Microwave and Guided Wave Lett. — 1999. vol. 9, no. 11. - pp.467-469.

34. M. J. Wenglei: Submillimeter-Wave Detection with Superconducting Tunnel Diodes //Proc. IEEE- 1992 vol. 80, no. 11 - pp. 1810-1826.

35. Superconducting resonator circuits at frequencies above the gap frequency / G. de Lange, J. J. Kuipers, T. M. Klapwijk, R. A. Panhuyzen, H. van de Stadt, and M. W. M. de Graauw // J. Appl. Phys. 1995 - vol. 77, issue 4 -pp. 1795-1805.

36. Belitsky V., Tarasov M.A. SIS Junction Reactance Complete Compensation // IEEE Trans, on Magn. — 1991 vol. 27, issue 2 — pp. 2638-2641 .

37. V. Yu. Belitsky, E. L. Kollberg. Tuning circuit for NbN SIS mixer //iL

38. Proceedings of the 7 International Symposium on Space Terahertz Technology / University of Virginia. Charlottesville, VA, USA: 1996. -pp. 234.

39. Theory of Distributed Mixing and Amplification in a Superconducting Quasi-Particle Nonlinear Transmission Line / C.-Y. E. Tong, L. Chen, and R. Blundell // IEEE Trans, on MTT. 1997 - vol. 45, no. 7 - pp. 10861092.

40. Feldman, M. J. and Rudner, S. Mixing with SIS arrays // Rev. of. Infrared and Millimeter Waves — 1983 vol. 1 — pp. 47-75.

41. S. Maas. Microwave mixers // Artech House Boston, MA, USA: 1993 -pp. 237-313.

42. A 530-GHz Balanced Mixer / G. Chattopadhyay, F. Rice, D. Miller, H.G. LeDuc, and J. Zmuidzinas // IEEE Microwave and Guided Wave Lett. -1999.-vol. 9, no. 11.-pp. 467-469.

43. K. H. Gundlach and M. Schicke. SIS an bolometer mixers for terahertz frequencies // Supercond. Sci. and Technol. — 2000. — vol. 13. — pp. 171187.

44. An improved ITHz waveguide mixer / H. van de Stadt, A. Baryshev, J. R. Gao, H. Golstein, Th. De Graauw, W. Hulshoff, S. Kovtonyuk, H.

45. Schaeffer, N. Whyborn // Proceedings of the 7 International Symposium on Space Terahertz Technology / University of Virginia. Charlottesville, VA, USA: 1996. - p. 536-537.

46. Fabrication of Nb-SIS mixers with UHV evaporated A1 strip lines / J.R

47. Gao, S. Kovtonyuk, J.B.M. Jegers, P. Dieleman, T.M. Klapwijk, and H.iLvan de Stadt // Proceedings of the 7 International Symposium on Space Terahertz Technology / University of Virginia. Charlottesville, VA, USA: 1996.-p. 538-548.

48. 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.

49. M. Tinkham. Introduction to Superconductivity // Dover Publications Inc. New York, NY, USA: 2004.

50. 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.

51. N. Perrin, C. Vanneste. Response of superconducting films to a perodic optical irradiation I I Phys. Rev. B 1983. - vol. 28. - pp. 5150-5160.

52. A. Frenkel. Mechanism of nonequilibrium optical response of high-temperature superconductors // Phys. Rev. B — 1993. vol. 48. - pp. 9717-9725.

53. Rigorous analysis of a superconducting hot-electron bolometer mixer:theory and comparison with experiment / R. S. Nebosis, A. D. Semenov,th

54. Yu. P. Gousev, and K. R Renk // Proceedings of the 7 International Symposium on Space Terahertz Technology / University of Virginia. -Charlottesville, VA, USA: 1996. p. 601-613.

55. Mixing and noise in diffusion and phonon cooled superconducting hot-electron bolometers / P. J. Burke, R. J. Schoelkopf, D. E. Prober, A. Skalare, B. S. Karasik, M. C. Gaidis, W. R. McGrath, B. Bumble, and

56. H. G. LeDuc II J. Appl. Phys.- 1999. vol. 85. - pp. 1644-1654.

57. R. L. Eisenhart and P. J. Kahn. Theoretical and Experimental Analysis of a Waveguide Mounting Structure II IEEE Trans. MTT. 1971. - vol. 19, issue 7.-pp. 706-719.

58. M. Hangstrom and E. Kolberg. Measurements of Embedding Impedance of Millimeter-Wave Diode Mounts // EEE Trans. MTT. 1980. - vol. 28-, issue 8.-pp. 899-904.

59. M. Pospieszalski and S. Weinreb. A method for measuring an equivalent circuit for waveguide mounted diodes // Proceedings of the 10th European Microwave Conference / Warsaw: 1980. p. 727.

60. John D. Krans, Ronald J. Marhefka. Antennas for All Applications // McGraw-Hill New York, NY, USA: 2002 - 3rd ed. - pp.

61. A 345 GHz SIS receiver for radio astronomy / B. N. Ellison, P. L. Schaffer, W. Schaal, D. Vail, and R. E. Miller // International JournaLon Infrared and Millimeter Waves 1989. - vol. 10, no. 8. - pp. 937-947.

62. D. E Filipovic. Double-slot antennas on extended hemispherical and elliptical silicon dielectric lenses // IEEE Trans, on MTT. 1993. - vol. 41, no. 10.-pp. 1738-1749.

63. A. Papoulis. Probability, Random Variables and Stochastic Processes // McGraw-Hill New York, NY, USA: 1991 - 3rd ed. - p. 214.

64. Sanguine, S.J.; Whitehouse, J.E. The sampling theorem-a tutorial I IIEE Colloquium on Mathematical Aspects of Digital Signal Processing. -1994.-pp. 1/1-1/6.

65. Abdul J. Jerry. The Shannon Sampling Theorem-Its Various Extensions and Applications: A Tutorial Review // Proc. IEEE. 1977. — vol. 65, no.1. И-p. 1565.

66. D. A. Linden. A discussion of Sampling Theorems // Proc. IRE. 1959 -p. 1219.

67. R. H. Dicke. The Measurement of Thermal Radiation at Microwave Frequencies // The Review of Scientific Instruments. 1946. - vol. 17, no. 7.-pp. 268-275.

68. R. Schieder, C. Kramer. Optimization of Heterodyne Observation Using Allan Variance Measurements // A&A. 2001. - vol. 373. - pp. 746-756.

69. D. W. Allan. Statistics of Atomic Frequency Standards // Proc. IEEE. -1966.-vol. 54.-p. 221-231.

70. K. Rohlfs, T. L. Wilson. Tools of Radio Astronomy // Springer, New York, NY, USA: 2000 4th ed. - pp. 62-64.

71. Stability of heterodyne terahertz receivers / J.W. Kooi, J. J. A. Baselmans, A. Baryshev, R. Schieder, M. Hajenius, J. R. Gao, Т. M. Klapwijk, B. Voronov, and G. Gol'tsman // J. Appl. Phys. 2006. — vol. 100. - p. 064904-064913.

72. F. Tomsen. On the resolution of Dicke-type radiometers // IEEE Trans, on MTT. 2004. - vol. 32, no. 2. - pp. 145-151.

73. The Cologne Acousto Optical Spectrometers / R. Schieder, V. Tolls, G.

74. Winnewisser И Experimental Astronomy. — 1989. — vol. 1, no. 2. pp. 101-121.1.ternet page. 2009. http://spec.jpl.nasa.gov/.

75. Millimeter mixing and detection in bulk InSb / F. Arams, C. Allen, B. Peyton, and E. Sard // Proc. IEEE. 1966. - vol. 54, no. 4. - pp. 212-222.

76. B. S. Karasik, A. I. Elantiev. Analysis of the Noise Performance of the Hot-Electron Superconducting Bolometer Mixer // Proceedings of the 6th International Symposium on Space Terahertz Technology / Caltech. -Pasadena, CA, USA: 1995. pp. 229-246.

77. Conversion Gain and Noise of Niobium Superconducting Hot-Electron Mixers / H. Ekstom, B.S. Karasik, E.L. Kollberg and K.S. Yngvesson // IEEE Trans, on MTT. 1995. - vol. 43, no. 4. - pp. 938-948.

78. Noisewave. Internet page. - 2009. http://www.noisewave.com.

79. Напряжение на втором умножителе частоты содержит 1/f шум, что указывает на один возможный источник этого шума на выходе приемника.0