автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Тонкопленочные структуры "молибден-медь" с эффектом близости и сверхпроводниковым переходом для сверхчувствительных субмиллиметровых болометров

На правах рукописи

¿к/-

КОВАЛЕНКО Алла Григорьевна

ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ СТРУКТУРЫ «МОЛИБДЕН-МЕДЬ» С ЭФФЕКТОМ БЛИЗОСТИ И СВЕРХПРОВОДНИКОВЫМ ПЕРЕХОДОМ ДЛЯ СВЕРХЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ СУБМИЛЛИМЕТРОВЫХ БОЛОМЕТРОВ

Специальность 05.27.01: «Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА - 2005

Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени Институте радиотехники и электроники РАН.

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук Ковтонюк Сергей Анатольевич

ИРЭРАН

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Краснопёров Евгений Павлович

ИСФТТ РНЦ «Курчатовский институт»

кандидат физико-математических наук Марченко Виктор Алексеевич

ИПТМ РАН

Ведущая организация:

Институт физики микроструктур РАН (г. Нижний Новгород)

Защита состоится 2005 г. в г ' на заседании диссертационного

совета Д.002.081.01 при Институте проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН по адресу:

142432, Московская область, г. Черноголовка, ул. Институтская, 6, ИПТМ РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН.

Автореферат разослан

2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д.002.081.01 кандидат химических наук

Панченко Л.А.

Общая характеристика работы Актуальность темы

К числу важнейших современных исследований в области радиоастрономии относятся наблюдение и измерение космического электромагнитного излучения субмиллиметрового диапазона длин волн (X = 3 - 0,1 мм). Установлено, что около 80% информации, доставляемой электромагнитным излучением к Земле из космоса, приходится на указанные длины волн. Ожидается, что полученная от этого излучения информация даст возможность расширить наши представления о Вселенной и происходящих в ней процессах.

Первейшими задачами наблюдений и измерений являются:

(1) астрономическое исследование «холодной» компоненты вещества Вселенной,

(2) проведение общего обзора источников в субмиллиметровом диапазоне длин волн для составления карт яркости, (3) измерение спектров излучения астрономических источников и их вариаций, (4) обзор атмосфер планет и их спутников.

До настоящего времени такие исследования выполнялись в очень ограниченном объеме, поскольку атмосфера Земли практически непрозрачна для подобных волн и, кроме того, она сама излучает шум на тех же частотах, что еще более ограничивает возможности приема космического субмиллиметрового излучения. С целью преодоления названных обстоятельств в ряде стран: в США, Европе, Японии и России (проект «Субмиллиметрон») — планируются космические миссии с установкой телескопов для приема субмиллиметровых волн с приемной аппаратурой на космических аппаратах с целью выноса их за пределы атмосферы. Анализ показывает, что для выполнения названной программы наблюдений и измерений требуются приемники (датчики) прямого детектирования (прямые детекторы) с предельной чувствительностью (noise equivalent power - NEP) Р„р = 10" - 1018 Вт/Гц"2 и лучше. Основными путями достижения названной предельной чувствительности являются: (а) выбор болометров, работающих на разогреве электронов излучением, в качестве прямых детекторов; (б) снижение их рабочей температуры до сверхнизких температур что требует применения сверхнизкотемпературных рефриже-

3

раторов, обеспечивающих указанные температуры; (в) уменьшение рабочего объема поглотителя1 - элемента болометра, принимающего излучение, за счет длины I и ширины w до субмикронного размера (/ х w ~ 0,5 х 0,1 МКМ2), т. к. Рпр ooV/xw. Наиболее перспективными являются болометры на разогреве электронов излучением, где поглотителем является датчик на краю

сверхпроводникового перехода (ДКП - TES - transition edge sensor), при наличии

2

андреевского отражения электронов на границе поглотителя и электродов, выполненных из сверхпроводника с высокой критической температурой. Андреевское отражение обеспечивает сохранение энергии, полученной электронами от излучения, в поглотителе и увеличивает тем самым эффективность разогрева электронов. Для изготовления указанных болометров в качестве поглотителя должны быть применены структуры, у которых температура края сверхпроводникового перехода находится в указанном выше интервале сверхнизких температур и соответствует рабочей температуре применяемого рефрижератора. Удовлетворить этому требованию можно путем применения двухслойных структур «сверхпроводник-нормальный металл», в которых действует эффект близости. За счет этого эффекта, подбирая толщины слоев каждого из материалов, можно обеспечить требуемую температуру края сверхпроводникового перехода.

Цель и задачи исследования

Целью данной диссертации является разработка лабораторной методики получения и тестирования тонкопленочных структур «сверхпроводник-нормальный металл» с эффектом близости и сверхпроводниковым фазовым переходом для создания на их основе сверхчувствительных ДКП болометров на разогреве электронов с андреевским отражением. Для этого необходимо решить следующие задачи:

- выбор материалов и толщин слоев двухслойной структуры, при применении

1А.Н. Выставкин, В.В. Мигулин, Приемники миллиметровых и субмиллиметровых волн, радиотехника и электроника, 1967, т. 12, № 11, сс. 1989-1998.

2А.Ф.Андреев, Теплоемкость промежуточного состояния сверхпроводников, ЖЭТФ, 1964,

т.46. вып.5. сс. 1823-1828

4

которых возможно получить упомянутые свойства структуры, т. е. получить достаточно резкий сверхпроводниковый фазовый переход при заданной температуре края перехода в диапазоне

- разработка лабораторной методики получения названных структур;

- разработка сравнительно простой методики тестирования этих структур;

- оценка ожидаемой чувствительности болометров на основе таких структур. Научная новизна работы

- Впервые получены тонкопленочные структуры «молибден-медь», работающие на основе эффекта близости.

- Впервые выполнены измерения температурной зависимости сопротивления полученных структур при сверхнизких температурах (1-0,6К).

- На основе уравнения баланса энергии электронов в исследованных структурах и вычисленных вольтамперных характеристик получено уточненное выражение для токового отклика на падающее излучение ДКП болометров.

Практическая ценность работы

1. Разработана лабораторная методика получения тонкопленочных двухслойных металлических структур «молибден-медь» с заданной критической температурой (0,4-0,1 К). Эти структуры могут быть использованы в качестве чувствительного элемента болометра.

2. На основе уравнения баланса энергии электронов и измеренных температурных зависимостей сопротивления этих структур оценены ожидаемые предельные чувствительности болометров, в которых полученные структуры являются одновременно поглотителем излучения и датчиком продетектированного сигнала:

- разработана методика получения вольтамперных и вольтваттных характеристик болометра;

- получено выражение для токового отклика на падающее излучение;

- разработана методика оценки амперваттной чувствительности.

3. Эти методики позволяют производить оперативный отбор болометров перед их установкой в радиометр, что упрощает тестирование приборов.

Личный вклад диссертанта в данную работу

1. Разработана лабораторная методика получения тонкопленочных двухслойных металлических структур «молибден-медь». Изготовлена большая партия таких структур для исследования.

2. Выполнены исследования вышеуказанных пленок на микроскопе атомных сил и растровом электронном микроскопе.

3. Совместно с соавторами (А.Н. Выставкин, В.В. Дмитриев, В.В. Завьялов, С.А. Ковтонюк) разработана методика и проведены измерения температурных зависимостей сопротивления изготовленных двухслойных структур при сверхнизких температурах ~ 0,05 - 1,0 К.

4. Совместно с соавторами (А.Н.Выставкин, С.А. Ковтонюк) разработана методика и выполнен расчет вольтамперных и вольтваттных характеристик возможных ДКП болометров на основе изготовленных и исследованных в данной работе структур, токового отклика таких болометров, а также дана оценка их предельной чувствительности.

Положения, выносимые на защиту

1. Экспериментально показано, что возможно получение на основе эффекта близости тонкопленочных двухслойных структур «сверхпроводник-нормальный металл» со сверхпроводниковым фазовым переходом при заданной критической температуре.

2. Экспериментально исследовано влияние толщин слоев сверхпроводника и нормального металла для выбранных материалов (молибден—медь) на значение критической температуры двухслойной структуры, определена необходимая точность толщин слоев.

3. При использовании предложенной в работе технологии изготовления, получены качественные и надежные структуры что соответствует рабочим температурам рефрижераторов.

4. Предложена методика получения вольтамперных и вольтваттных характеристик на основании измеренных зависимостей R(T) и уравнения баланса

энергии электронов в таких структурах при включении их в цепь с фиксированным электрическим смещением.

5. Получено выражение для токового отклика на излучение для возможных ДКП болометров. На основе этого выражения сделаны оценки значения предельной чувствительности болометров: для 0,4К Рпр~10"18Вт/Гц|/2, для

Апробация работы

Результаты представленных в диссертации исследований докладывались на следующих научных конференциях:

• 10-й и 14-й Междунар. симпозиумы по космическим терагерцовым технологиям: 1999 г. (ГЖ-10), Шарлотсвиль, США и 2003 г. (ГЖ-14), Таксон, США.

• 10-я Международная конференция по низкотемпературным детекторам, 2003 г. (ЦГО-10), Генуя, Италия.

• 5-й Международный Харьковский симпозиум по физике и технике сантиметровых, миллиметровых и субмиллиметровых волн, 2004 г. (MSMW04), Харьков, Украина.

Публикации

Основное содержание диссертационной работы отражено в семи статьях в научных журналах и трудах научных конференций, список которых приводится в конце реферата.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений, списка публикаций по теме диссертационной работы и списка цитированной литературы, содержащего 84 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ В главе 1 «Субмиллиметровая радиоастрономия и сверхчувствительные болометры» выполнен обзор литературы, в котором рассмотрены: задачи субмиллиметровой радиоастрономии; пути повышения чувствительности прямых детекторов субмиллиметрового диапазона; детально рассмотрено состояние работ по болометрам (прямым детекторам) на основе

металлических сверхпроводниковых структур, работающим на разогреве электронов излучением субмиллиметрового диапазона; рассмотрены существующие рефрижераторы для сверхнизкотемпературных прямых детекторов, а также существующие методы получения тонкопленочных металлических структур. На основе выполненного обзора поставлена задача диссертационной работы.

В главе II выбраны материалы и описана лабораторная методика получения поликристаллических тонкопленочных структур «молибден-медь» с эффектом близости и сверхпроводниковым фазовым переходом при сверхнизких температурах

Исходя из общих требований, предъявляемых к металлическим двухслойным структурам, а также опыта предыдущих разработок в других научных коллективах (Д. Мартинис, NIST, Болдер, США, Д. Шуваев, Чалмерс, Гетеборг, Швеция), которые работали с алюминием в качестве сверхпроводника, автор представленной работы сразу отказалась от использования алюминия в качестве сверхпроводника из-за его неустойчивости к воздействию атмосферных факторов (влажность, кислород). От ниобия также пришлось отказаться, так как у него слишком высокая критическая температура и снижение ее до К

за счет эффекта близости проблематично, так как требует использования сверхтонких слоев. Таким образом, в качестве сверхпроводника в двухслойной структуре был выбран молибден. В качестве нормального металла была выбрана медь, которая окисляется в комнатных условиях незначительно. Количественная оценка этого процесса, а также возможные способы защиты верхнего слоя от окисления описаны в основном тексте диссертации.

Все изучаемые в этой работе двухслойные структуры были изготовлены в «чистой комнате» класса 100/1000. В качестве подложек использовались пластины монокристаллического неокисленного низкоомного кремния марки КДБ 40(100), полированные с одной стороны. При сверхнизких рабочих температурах (0,1 - 0,4 К) такой кремний является диэлектриком. Толщина пластин - 0,35-0,4 мм. Размер пластин - 24x24 мм был выбран, исходя из удобства работы на имеющемся в лаборатории оборудовании и оснастке. Все пленки, о которых пойдет речь в данной работе, поликристаллические. Осаждение пленок 8

производилось в высоковакуумной напылительной установке L 560 ЦУ фирмы Leybold-Hereaus методом магнетронного распыления в атмосфере аргона на постоянном и переменном токе в одном цикле, то есть двухслойная структура напылялась без разрыва вакуума последовательно с двух магнетронов. Этот метод обеспечивает высокую степень равномерности толщины покрытия, хорошую адгезию между слоями, широкий диапазон скоростей напыления. Сначала кремниевые подложки тщательно очищались. Для этого они помещались в кювету с ацетоном, а кювета, в свою очередь, помещалась в ультразвуковую ванну на 3-5 минут. Затем подложки промывались в струе деионизованной воды и обдувались сжатым воздухом. Затем подложка прикреплялась в центр держателя подложек. На два других держателя подложек прикреплялись тестовые образцы для контроля толщины каждого слоя. Держатели подложек с закрепленными на них основным образцом и двумя тестовыми образцами помещались в вакуумную камеру. Камера откачивалась до давления остаточных газов мбар. Затем подложки подвергались очистке методом распыления в

ВЧ разряде в атмосфере аргона в течение 3 мин. Напыление производилось в атмосфере аргона при его давлении от 6 до 9 х 10"3 мбар. Температура воды, охлаждающей держатель образцов, поддерживалась равной 19 С. Напыление на основной образец производилось последовательно с двух магнетронов, сначала напылялся молибден, затем - медь. На тестовые образцы напылялись отдельно молибден и медь, время напыления то же, что и у основного образца. Предварительно скорости напыления молибдена и меди были прокалиброваны. Скорости напыления подбирались, исходя из того, что: (1) чем больше скорость, тем меньше время процесса, тем меньше газовых примесей может попасть в пленку; (2) магнетроны нежелательно нагружать более, чем на 50% мощности:

Для того, чтобы в двухслойной структуре проявлялся эффект близости, толщины слоев должны быть соизмеримы с длиной когерентности куперовских пар в обоих материалах. Исходя из этих соображений, можно предположить, что толщины пленок следует выбирать в пределах от 10 нм до 100 нм. Скорость напыления молибдена на ВЧ магнетроне была выбрана равной пА/с при 50% мощности магнетрона, скорость

9

напыления меди на ПТ магнетроне - 9А/с при 10% мощности магнетрона (при большей скорости адгезия меди была неудовлетворительной) Изготовленный образец нарезался на полоски 24мм х 1,5мм для измерений По тестовым образцам, изготовленным методом взрывной фотолитографии, делался контрольный замер толщин пленок, образующих двухслойную структуру Для этого применялся профилометр Всего было изготовлено порядка 100 образцов с толщинами молибдена 8, 10, 12, 15, 25, 35 и 50 нм и толщинами меди 0, 30, 35, 40, 45, 50, 70 и 100 нм. Выборочно образцы исследовались на микроскопе

Рис 1 Результаты исследования пленок на микроскопе атомных сил атомных сил На рис 1а помещены результаты исследования пленки (Мо - 15 нм), на рис 1б - двухслойной структуры (Мо - 15 нм, Си - 35 нм) Шероховатости поверхности молибдена 5м0= 0,253 нм, меди 5си=0,418 нм В работе также приведены результаты исследования пленок на растровом электронном микроскопе ШОЬ -6460 Эти исследования показали, что и пленка молибдена, и двухслойная структура сплошные и гладкие. 10

В главе III описана методика и результаты измерений температурных зависимостей сопротивления тонкопленочных двухслойных структур «сверхпроводник-нормальный металл».

Раздел III.1 посвящен описанию измерительной установки. Основной характеристикой при тестировании изготовленных тонкопленочных двухслойных структур «сверхпроводник-нормальный металл» является зависимость их сопротивления от температуры. Установка для измерения этих характеристик состоит из измерительного рефрижератора и электрической схемы измерений. Измерительный рефрижератор работает на принципе растворения 3Не в 4Не, (рефрижератор растворения). Внутри него, в камере растворения, которая в данном случае является рабочей камерой, достигаются сверхнизкие температуры до 0,25К. Рефрижератор и электрическая схема измерений разработаны в ИФП РАН под руководством члена-корр. РАН В.В. Дмитриева.

Рефрижератор работает по классической схеме3, приведенной на рис. 2. Образцы структур «сверхпроводник-нормальный металл» (по четыре образца) погружались в камеру растворения измерительного рефрижератора. Измерения

Рис. 2. Основные узлы рефрижератора растворения, работающего в непрерывном режиме: 1 - вход 3Не, 2 - сборник 4Не, 3 -конденсатор, 4 - дроссель, 5 - теплообменник в камере испарения, 6 - непрерывный теплообменник, 7 - многоступенчатый теплообменник, 8 - камера растворения, 9 - фазовая граница, 10 - выход 3Не, 11 - диафрагма, 12 - камера испарения.

3 О.В. Лоунасмаа, Принципы и методы получения температур ниже 1 К, «Мир», Москва, 1977.

в диапазоне сверхнизких температур ~ 0,05 - 1,0 К проводились в режиме охлаждения и последующего отогревания рефрижератора. Для ускорения отогревания применялся резистор 100 Ом, нагревавшийся током 1-10 мА.

Электрическая схема измерений изображена на рис. 3. Подсоединение образцов осуществлялось путем зажима образцов в держателе из двух текстолитовых пластинок, на каждой из которых - восемь контактных медных ламелей. Ламели подводились по две к концам образцов, между ламелями и концами образцов для лучшего и надежного контакта вставлялись таблетки из индия. Через токовые контакты последовательно через все образцы пропускался измерительный ток частоты 111 Гц от синхронного детектора SR 830 фирмы Stanford Research. Потенциальные контакты через переключатель последовательно подключались ко входу синхронного детектора. Температура в камере растворения измерялась с помощью прецизионного калиброванного резистора, включенного в измерительный мост "Cryobridge" 972A производства Института физики ЧСАН. Применялось сопротивление фирмы Matsushita с номиналом 100 Ом при комнатной температуре. Точность калибровки сопротивления в диапазоне сверхнизких температур ~ 0,05 — 1,0 К составляла 2 — 3 %. Ток через образцы измерялся по падению напряжения на токовом шунте 12 кОм. Это падение напряжения и падение напряжения на образцах на потенциометрических контактах измерялись с помощью синхронного детектора. В разделе III. 2 описаны полученные результаты измерений температурных зависимостей сопротивления двухслойных структур «молибден-медь». Как уже упоминалось, было изготовлено большое количество партий образцов с различными соотношенииями толщин пленок металлов Мо/Cu. Типичные значения толщин таковы (нм):

Рис 3 Электрическая схема измерения температурных зависимостей сопротивления двухслойных структур «сверхпроводник-нормальный металл»

(1)8/0,8/35,8/50,8/100,

(2) 12/0, 12/35, 12/50, 12/100,

(3)15/35, 15/50,15/70,15/100,

(4) 10/30, 10/35, 10/40, 10/45

В описанном выше рефрижераторе растворения 3 Не/4 Не были проведены измерения зависимостей сопротивления образцов от температуры ЩТ) с помощью потенциометрической схемы рис. 3. Наиболее чувствительными к влиянию меди на температуру края сверхпроводникового фазового перехода (Тк) оказались образцы с толщиной молибдена »12 - 15 нм. На них были получены значения Тк »0,4 - 0,08 К, что требуется для случая планируемых для применения рефрижераторов. При больших толщинах молибдена Т„ была существенно выше 0,4 К, а при меньших - образцы не переходили в сверхпроводящее состояние вовсе. Полученные типичные зависимости ЩТ) для четырех образцов Мо/Си при различных толщинах слоев приведены на рис. 4. Толщины слоев молибдена и меди этих образцов и их измеренные параметры (температура края перехода Тк, нормальное сопротивление Яи и показатель резкости перехода а) приведены в таблице. Для полноты картины приведена зависимость ЩТ) чистой (без меди) пленки молибдена толщиной 12 нм. Из приведенных зависимостей видна тенденция действия эффекта близости: при увеличении толщины пленки меди температура края перехода уменьшается, одновременно уменьшается и сопротивление двухслойной структуры, что определяется увеличением толщины медной пленки.

Основные параметры измеренных образцов

Образец Толщины слоев, нм Г„к Ян, Ом _ Т аК а ~ Я с1Т

Мо Си

а 12 0 0,93 67 1070

б 15 35 0,4 2,9 150

в 12 35 0,27 2,6 320

г 12 100 0,08 0,6 510

Пленка из чистого молибдена имеет К. Как видно из графиков, край

перехода достаточно резкий. Параметр в непосредственной близости от края перехода, характеризует резкость перехода, с ним связана постоянная времени болометра и, стало быть, его быстродействие. Чем больше величина этого параметра, тем выше быстродействие болометра. Вычисленные значения

параметра а для измеренных образцов по представленным зависимостям Я(Т) дали приемлемые, но меньшие, чем в литературе, его значения. Последнее значение а (для Тк »0,08 К) более чем в два раза меньше по сравнению с известной из литературы величиной, полученной для аналогичной двухслойной структуры при той же рабочей температуре4. При разработке описываемой технологии получения двухслойных структур «молибден-медь» и проведении описываемых измерений важно было убедиться в возможности получения нужной температуры края сверхпроводникового фазового перехода, а также приемлемой формы зависимости ЩТ), путем подбора толщин сверхпроводника и нормального металла, что и было достигнуто.

Полученные результаты требуют обсуждения. Объяснить заниженные значения параметра по-видимому, можно недостаточной однородностью изготовленных двухслойных структур по толщине пленок молибдена и меди. На это указывает и неравномерность зависимостей ЩТ). Из сравнения значений

Я, Ои Я Ом

W (г) т. К

Рис. 4. Измеренные зависимости R(T) для четырех образцов Мо/Cu (а) - (г), параметры которых даны в таблице.

Тц у образцов б и в с одинаковой толщиной слоя меди можно заключить, что толщина сверхпроводника, в данном случае, молибдена, довольно сильно влияет на температуру края перехода. Так, изменение толщины слоя молибдена всего на

4 K.D. Iiwin and oth., A hot-election microbolometer for X-iay detection using a superconducting transition edge sensor with electrothermal feedback, Nucl. Instr. and Meth., 1996, A370, pp. 177-179.

3 нм (30 А) вызывает изменение температуры края перехода на ~ 0,13 К, т.е. на ~ 30% по отношению к 0,4 К. Первый ориентировочный вывод, который следует из сделанного рассмотрения, состоит в том, что толщина слоя сверхпроводника должна поддерживаться с точностью не хуже 3 - 5 %. В рассматриваемом случае эта точность соответствует примерно 3-5 А.

Второй ориентировочный вывод, который следует из проведенного рассмотрения, состоит в том, что должна соблюдаться однородность толщин слоев нормального металла и сверхпроводника вдоль всего образца, причем, примерно с той же точностью, что и точность слоев в конкретной точке. Для иллюстрации сказанного приведем данные измерений зависимости Я(Т) для образца д (рис. 5). Значительно большая ширина сверхпроводникового перехода у этого образца и, одновременно, существенное отличие вольтамперной и вольтваттной характеристик этого образца от таких же характеристик у образцов а - г как раз и объясняется значительной неоднородностью толщины слоев двухслойных образцов вдоль их длины. Сказанное, тем самым, указывает на то, что названная выше точность слоев двухслойных структур для наших целей должна выполняться вдоль всей структуры. Это станет особенно важным при переходе к изготовлению решеток (матриц) болометров, размеры и электрические характеристики каждого из элементов которых должны выдерживаться с высокой точностью, такой же, как определено выше для одиночного болометра применительно к получению строго заданной температуры края сверхпроводникового перехода.

Рис. 5. Измеренная зависимость R(T) для двухслойного образца д Мо/Cu , параметры которого: /мо=12 нм, icu= 50 нм, Тк=0,12 К, Яи = 1,4 Ом и а = 125 (у края перехода) .

В главе IV выполнена оценка чувствительности болометров на основе датчика на краю сверхпроводникового перехода по результатам измерений температурных зависимостей сопротивления тонкопленочных двухслойных структур. С целью оценки предельной чувствительности ДКП болометров, которые возможно создать на основе полученных и описанных выше структур, был проведен расчет вольтамперных и вольтваттных характеристик этих болометров. Расчет производился с использованием измеренных зависимостей R(T) и уравнения баланса энергии электронов. Затем на основе этого уравнения и рассчитанных вольтамперных характеристик (ВАХ) было вычислено значение токового отклика болометра на поглощенное микроволновое излучение и, далее, оценена предельная чувствительность болометров.

В разделе IV. 1 излагаются результаты вычисления вольтамперных и вольтваттных характеристик. Расчеты этих характеристик проведены при следующих предположениях:

I - формы зависимостей R(T) и значения температур края перехода (критические температуры Тк) двухслойных Мо/Cu структур являются функциями толщин слоев и практически не зависят от поперечных размеров, то есть, от ширины и длины, до тех пор, пока они много больше длины когерентности куперовских пар в нормальном металле и сверхпроводнике

II-двухслойная пленочная Мо/Cu структура, которая в болометре служит одновременно поглотителем излучения и датчиком продетектированного сигнала, находится при заданном (фиксированном) напряжения смещения U, что обеспечивает устойчивую работу системы при отрицательной электротермической обратной связи5;

III - поглотитель болометра включен в цепь смещения через сверхпроводящие электроды с достаточно высокой критической температурой, что обеспечивает андреевское отражение электронов на границах поглотитель - электроды;

5 K.D. Iiwin and oth, X-ray detection using a superconducting transition-edge sensor microcaloiimeter

with electrothermal feedback, Appl. Phys. Lett., 1996,23 September, 69 (13), pp. 1945-1947.

IV - зависимости R(T), соответствующие описанным выше измерениям, проведенным при малых токах смещения, и зависимости R(Te), где Те -температура электронов, когда электроны разогреваются сравнительно большим током, близки, по крайней мере, вблизи края перехода;

V - ВАХ ДКП болометра, включенного в цепь с фиксированным напряжением смещения, а также отрицательная электротермическая обратная связь управляются уравнением баланса энергии электронов6

где левая часть - джоулева мощность, поступающая в электронную

систему из цепи смещения, и правая часть - мощность горячих электронов, выходящая из электронной системы в решетку тонкой металлической пленки и в подложку через электрон-фононные взаимодействия, U — фиксированное напряжение смещения, - температура горячих электронов, -

сопротивление болометра, зависящее от температуры электронов. Правая часть (1) написана по аналогии с уравнением баланса энергии электронов болометра на горячих электронах на основе тонкой пленки из нормального металла Тр/, - температура фононов, т. е. решетки пленки, £ = 3,0 нВт-К"5-мкм"3 - параметр материала, взятый из статьи', где исследовалось уравнение баланса энергии электронов в болометре на основе тонкой пленки из нормального металла на кремниевой подложке при тех же температурах, v - объем поглотителя болометра.

В наших расчетах ВАХ мы принимаем температуру Т, соответствующую непосредственно началу увеличения сопротивления от нуля (рис. 4), за температуру Трь в уравнении (1) Значения зависимостей R(TJ вместе с самой температурой Те и, следовательно, током I через двухслойную структуру болометра устанавливаются при фиксированном напряжении смещения U в

6 KD Irwin, An application of electrothermal feedback for high resolution cryogenic particle detection, Appl Phys Lett, 1995, 10 April, 66(15), pp 1998-2000

7 A H Выставкин, Д В Шуваев, Л С Кузьмин и др., Болометр на горячих электронах в нормальном металле с андреевским отражением в сверхпроводниковых берегах, ЖЭТФ, 1999, т 115, выпЗ,сс 1085-1092

соответствии с (1). Это означает, что уравнение (1) управляет ВАХ сильно нелинейной двухслойной структуры (предположение V). Это дает возможность вычислить ВАХ, используя измеренные зависимости Я(Т) и уравнение (1), исходя из предположения IV. Длина и ширина структуры были пропорционально уменьшены с 15х1.5 мм до 7x0.7 мкм . Это соответствует размерам проектируемых болометров. Поскольку отношение длины к ширине поглотителя остается тем же, что и у измеренных образцов, абсолютные значения их сопротивлений и их температурные зависимости в соответствии с предположением I остаются теми же самыми. При расчете ВАХ мы считаем, что величины толщин двухслойных структур образцов можно приближенно заменить значениями толщин слоев меди, поскольку слои меди, низкоомной по сравнению с молибденом, определяют сопротивления структур. Результаты расчета ВАХ для образцов б, в и г показаны на рис. 6.

обр. б обр. в обр. г

Рис. 6. Вольтамперные характеристики (сплошные линии) и зависимости поглощенной мощности (штриховые линии) от приложенного фиксированного напряжения смещения и трех возможных микроболометров (образцы б, в, г) с поперечными размерами поглотителя 7 х 0,7 мкм2.

На этих же графиках приведены и зависимости рассеиваемой мощности постоянного тока в поглотителе в функции напряжения смещения (вольтваттные характеристики). Общий вид и порядки значений величин у этих зависимостей похожи на непосредственно измеренные зависимости у подобных двухслойных структур, полученных и измеренных в работе2, на основании чего можно предварительно заключить, что сделанные при расчетах ВАХ и вольтваттных характеристик предположения справедливы.

Рис. 7. Вольтамперная 1(Ц) и вольтваттная Р(и) характеристики образца д, в значительной степени неоднородного. Они существенно отличаются от подобных зависимостей на рис. 6.

В разделе ГУ.2 приведены результаты вычислений токового отклика болометров на поглощенное микроволновое излучение. Вычисления основаны на следующих рассуждениях. В случае, когда микроволновое излучение достаточно малой мощности Рг<и/ поглощается ДКП болометром с фиксированным по напряжению смещением, эта мощность должна быть добавлена в левую часть уравнения (1). Очевидно, что дополнительная поглощенная мощность излучения вызовет небольшие приращения сопротивления поглотителя АЯ СШи электронной температуры которые также необходимо добавить в

соответствующие места уравнения (1). В результате получаем

и2тте)+т+р^=ы(те+Атеу-т*н]

(2)

Извлекая уравнение для малых добавок и, произведя простые преобразования, получим

Чувствительность ДКП болометра с токовым откликом (—А/) на мощность

-ДI

принимаемого излучения определяется соотношением

учетом (3) дает

что с

Из (1) следует, что и, поскольку у измеренных образцов С* >100,

вторым членом в скобках соотношения (4) можно с достаточной степенью точности пренебречь по сравнению с единицей. Тогда

7 U'

(5)

что по существу совпадает с аналогичным выражением, приведенным в работе8. Однако, приведенный здесь вывод выражения для токового отклика точнее отражает механизм действия ДКП болометра.

В разделе IV.3 выполнена оценка предельной чувствительности болометров на основе уравнения баланса энергии электронов (1) и рассчитанных вольтамперных характеристик. Значения Uвблизи края перехода для измеренных образцов (см. рис. 6) таковы: U04 s10"7mkB, U0 27 s5-10"8mkB и £/0iW =Ю"'мкВ

для структур с (образцы б, в и г),

соответственно. Предельная чувствительность (noise equivalent power) ДКП

2 ,«. Ж

V not

болометра определяется соотношением спектральная плотность шумового тока усилителя, следующего за болометром. Имеющийся в нашем распоряжении СКВИД-усилитель имеет величину

С таким усилителем болометров, проектируемых на основе измеренных структур, будет Рщврл = 2-10"20 Вт/Гц|д и Л,ро,о8= 4-10~2|Вт/Гц1/3.

Сделанные расчеты - оценочные и, безусловно, необходимы непосредственные измерения вольтамперных характеристик и предельных чувствительностей реальных болометров. Подготовка к таким измерениям ведется в настоящее время. Полученные и описанные в данном разделе результаты приближают к лучшему пониманию механизма работы ДКП

8 K.D. Irwin, An application of electrothermal feedback for high resolution cryogenic particle detection, Appl. Phys. Lett., 1995, 10 April, 66 (15), pp. 1998-2000.

болометра, а в совокупности с результатами, приведенными в изложении главы II, дают возможность подобрать толщины слоев двухслойной структуры, обеспечивающие температуру края перехода, соответствующую рабочей температуре применяемого рефрижератора.

Кроме того, на основе измерений и расчетов, подобных описанным в главах III и IV, возможно проведение предварительного отбора образцов ДКП болометров и оценки их чувствительности в процессе изготовления до окончательного монтажа приемной камеры с ДКП болометром.

Основные результаты диссертационной работы

1. Разработана лабораторная методика получения надежных и качественных двухслойных тонко пленочных структур «молибден-медь». Впервые получены тонкопленочные структуры «молибден-медь», работающие на основе эффекта близости.

2. Впервые проведены измерения сопротивлений названных структур при сверхнизких температурах

- экспериментально показано наличие у измеренных структур достаточно резкого сверхпроводникового перехода при различных критических температурах;

- экспериментально показано, что критические температуры перехода (или положения края перехода) зависят от толщин слоев, т.е. определяются эффектом близости в двухслойных тонкопленочных структурах «сверхпроводник -нормальный металл»;

- получены двухслойные структуры молибден-медь с заданной критической температурой края перехода в интервале 0,4-0,1К, соответствующей рабочей температуре используемого рефрижератора, которые могут быть использованы в качестве поглотителя в ДКП болометре;

- экспериментально исследовано влияние толщин слоев сверхпроводника и нормального металла для выбранных материалов (молибден-медь) на значение критической температуры двухслойной структуры, определена необходимая

точность толщин слоев, которая для сверхпроводника составляет 3-5% от толщины слоя. В рассматриваемом случае это соответствует 3 — 5 А.

3. Предложена методика получения вольтамперных и вольтваттных характеристик болометров, которые могут быть созданы на основе исследованных структур. В основу метода положены измеренные температурные зависимости сопротивления полученных структур и уравнение баланса энергии электронов. Расчеты выполнены для таких структур с пропорционально уменьшенными до микронных поперечными размерами и включенных в качестве поглотителя излучения через сверхпроводниковые электроды с высокой критической температурой в цепь с фиксированным напряжением смещения. Это обеспечивает электротермическую обратную связь в цепи смещения болометра и эффект андреевского отражения на границах поглотителя и электродов.

4. На основе уравнения баланса энергии электронов в исследованных структурах и вычисленных вольтамперных характеристик получено уточненное выражение для токового отклика на излучение ДКП болометров.

5. С использованием вычисленных токовых откликов ДКП болометров и величины токового шума СКВИД-усилителя, следующего за болометром, выполнены оценки предельной чувствительности болометров. Они составили

при температуре при температуре К и

при температуре болометра К. Это удовлетворяет

требованиям, предъявляемым современными исследованиями в области радиоастрономии к болометрам субмиллиметрового диапазона волн.

6. Предложенная методика расчета вольтамперных характеристик и оценки предельной чувствительности ДКП болометров может служить основой тестирования характеристик и оперативного отбора образцов болометров в процессе их изготовления до монтажа в радиометр.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах [A1] A.N. Vystavkin, D.A. Chouvaev, Т. Claeson, D.V. Golubev, V.D. Gromov, N.S. Kardashev, A.G. Kovalenko, V.G. Kurt, L.S. Kuzmin, M.A. Tarasov, A.V. Trubnikov, M. Willander, Submillimeter cryogenic telescope with Andreev type microbolometer 22

for the International Space Station: Project Submillimeteron, Proc. of 10-th Intern. Symp. on Space Terahertz Technology, 16-18 March, 1999, Charlottesville, USA. [A2] A.H. Выставкин, В.В. Дмитриев, В.В. Завьялов, А.Г. Коваленко, C.A. Ковтонюк, А.А. Чеботарев, Исследование сверхпроводникового фазового перехода в двухслойной структуре молибден-медь с эффектом близости, Радиотехника и электроника, 2003, т. 48, № 7, сс. 874-876.

[A3] S.A. Kovtonyuk, A.G. Kovalenko, A.A. Chebotarev, A.N. Vystavkin, Investigation of superconducting transition in the molybdenum-copper thin film structure showing the proximity phenomenon with the purpose of constructing TES bolometer, Proc. of 14-th Intern. Symp. on Space Terahertz Technology, 21-23 April,2003, Tucson, AZ, USA.

[A4] A.N. Vystavkin, S.A. Kovtonyuk, A.G. Kovalenko, Experimental study of superconducting transition in a molybdenum-copper thin film structure showing the proximity phenomenon and the estimation of the sensitivity of TES' bolometers on the basis of such a structure, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 2004, A 520, pp. 289-292.

[A5] A.H. Выставкин, А.Г. Коваленко, С.А. Ковтонюк, Оценка чувствительности болометра, работающего на краю сверхпроводникового фазового перехода в тонкопленочной двухслойной структуре молибден-медь с эффектом близости, Радиотехника и электроника, 2004, т. 49, № 6, сс. 757-760.

[А6] A.G.Kovalenko, S.A.Kovtonyuk, A.N .Vystavkin, Study of superconducting transition in a molybdenum-copper thin film structures with the purpose of constructing the highsensitive submillimeter TES bolometers, The Proc. of the 5-th Intern. Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves, June 21 -26, 2004, Kharkov, Ukraine.

[A7] А.Г. Коваленко, Тестирование двухслойных структур молибден-медь, Журнал радиоэлектроники (электронный журнал), http://jre.cplire.ru 2005, март.

Подписано в печать 15.04.2005. Формат 60x90 1/16. Печать цифровая. Бумага Performer. Печ. л. 1,5. Тираж 80 экз. Заказ № 5211.

Отпечатано в ФГУП «Производственно-издательский комбинат ВИНИТИ», 140010, г. Люберцы Московской обл., Октябрьский пр-т, 403. Тел. 554-21-86

\ /

19 МДи 7005

Введение

В. 1. Актуальность темы

В.2. Цель и задачи исследования

В.З. Научная новизна работы

В.4. Практическая ценность работы

В.5. Личный вклад диссертанта в данную работу

В.6. Положения, выносимые на защиту

В.7. Апробация работы

В.8. Публикации

В.9. Объем и структура диссертации

Глава 1. Субмиллиметровая радиоастрономия и сверхчувстви- 11 тельные болометры

1.1.1 Задачи субмиллиметровой радиоастрономии

1.1.2 Пути повышения чувствительности прямых детекторов 14 (болометроав) субмиллиметрового диапазона

1.2 Болометры на разогреве электронов субмиллиметрового 15 диапазона на основе сверхпроводниковых структур

1.2.1 Эффект близости в двухслойных структурах «сверхпро- 22 водник-нормальный металл»

1.2.2 Эффект андреевского отражения электронов на границе 24 «нормальный металл-сверхпроводник» и «смешанное состояние-сверхпроводник»

1.2.3 Болометр на основе пленки из нормального металла, 26 сверпроводниковых контактов (электродов) и перехода сверхпроводник-изолятор-нормальный металл» (СИН-перехода)

1.2.4 Сверхпроводниковый фазовый переход в тонкопленоч- 32 ных структурах: однослойных сверхпроводниковых и двухслойных «сверхпроводник-нормальный металл» с эффектом близости. Датчик на краю сверхпроводникового фазового перехода (ДКП) и болометр на его основе

1.2.5 Сравнение болометра на основе пленки из нормального 39 металла и болометра на основе тонкопленочной двухслойной структуры «сверхпроводник-нормальный металл» с эффектом близости

1.3 Рефрижераторы для сверхнизкотемпературных прямых 43 детекторов

1.3.1 Рефрижераторы на основе адиабатического размагничи- 44 вания парамагнитных солей

1.3.2 Сорбционные рефрижераторы на гелии

1.4 Методы получения тонкопленочных металлических 52 структур

1.5 Постановка задачи диссертационной работы

Глава II. Получение тонкопленочных структур «молибденмедь» с эффектом близости и сверхпроводниковым фазовым переходом при сверхнизких температурах ( ~ 0,1 - 0,4 К)

II.1. Общие требования, предъявляемые к металлическим двухслойным структурам

11.2. Оборудование для изготовления двухслойных 61 тонкопленочных структур

11.3. Описание процесса получения двухслойных 67 тонкопленочных структур

11.3.1. Изготовление образца-свидетеля и контроль толщины 67 пленок

11.3.2. Напыление двухслойных структур

Глава III. Измерение температурных зависимостей сопротив- 78 ления тонкопленочных двухслойных структур «сверхпроводник-нормальный металл»

III. 1 Измерительная установка

III. 1.1 Измерительный рефрижератор сверхнизких температур

III. 1.2 Электрическая схема измерений.

III.2 Полученные результаты измерений, температурных 85 зависимостей сопротивления двухслойных структур «молибден-медь»

Глава IV. Оценка чувствительности болометра на основе 91 датчика на краю сверхпроводникового фазового перехода (ДКП) по результатам измерений температурных зависимосей сопротивления тонкопленочных двухслойных структур

IV. 1 Вычисление вольтамперных и вольтваттных характеристик

IV.2 Вычисление токового отклика болометров на поглощенное микроволновое излучение.

IV.3 Оценка предельной чувствительности болометров

В.1. Актуальность темы.

К числу важнейших современных исследований в области радиоастрономии относятся наблюдение и измерение космического электромагнитного излучения субмиллиметрового диапазона длин волн (к = 3 - 0,1 мм, частоты 100 - 3000 ГГц). Установлено, что около 80% информации, доставляемой электромагнитным излучением к Земле из космоса, приходится на указанные длины волн. Ожидается, что полученная от этого излучения информация даст возможность расширить наши представления о Вселенной и происходящих в ней процессах.

Первейшими задачами наблюдений и измерений являются: (1) астрономическое исследование «холодной» компоненты вещества Вселенной, (2) проведение общего обзора источников в субмиллиметровом диапазоне длин волн для составления карт яркости, (3) измерение спектров излучения астрономических источников и их вариаций, (4) обзор атмосфер планет и их спутников.

До настоящего времени такие исследования выполнялись в очень ограниченном объеме, поскольку атмосфера Земли практически непрозрачна для подобных длин волн и, кроме того, она сама излучает шум на тех же частотах, что еще более ограничивает возможности приема космического субмиллиметрового излучения. С целью преодоления названных обстоятельств в ряде стран: в США, Европе, Японии и России (проект «Субмиллиметрон») - планируются космические миссии с установкой телескопов субмиллиметрового диапазона с приемной аппаратурой на космических носителях с целью выноса их за пределы атмосферы. Анализ показывает, что для выполнения названной программы наблюдений и измерений требуются приемники (датчики) прямого детектирования (прямые детекторы) с предельной чувствитель

17 IS in ностью (noise equivalent power - NEP) Рпр = КГ" - 1(Г0 Вт/Гц и лучше. Основными мерами достижения такой предельной чувствительности являются: (а) выбор болометров, работающих на разогреве электронов излучением, в качестве прямых детекторов; (б) снижение их рабочей температуры до сверхнизких температур Т « 0,4 — 0,1 К, что требует применения сверхнизкотемпературных рефрижераторов, обеспечивающих такие температуры; (в) уменьшение рабочего объема поглотителя - элемента болометра, принимающего излучение, за счет А длины / и ширины w до субмикронного уровня (/ X W ~ 0,5 X 0,1 мкм ), т. к. Рпр coV/xw [24]. Наиболее перспективными являются болометры на разогреве электронов, где поглотителем является датчик на краю сверхпроводникового перехода (ДКП - TES - transition edge sensors), при наличии андреевского отражения электронов на границе поглотителя и электродов, выполненных из сверхпроводника с высокой критической температурой. Андреевское отражение обеспечивает сохранение энергии, полученной электронами от излучения, в поглотителе и увеличивает тем самым эффективность разогрева электронов. Для изготовления таких болометров должны быть применены структуры, у которых температура края сверхпроводникового перехода находится в указанном выше интервале сверхнизких температур и соответствует рабочей температуре применяемого рефрижератора. Удовлетворить этому требованию можно путем применения двухслойных структур «сверхпроводник-нормальный металл», в которых действует эффект близости. За счет этого эффекта, выбирая толщины слоев, можно обеспечить требуемую температуру края сверхпроводникового перехода.

В.2. Цель и задачи исследования.

Целью данной диссертации является разработка лабораторной методики получения и тестирования тонкопленочных структур «сверхпроводник-нормальный металл» с эффектом близости и сверхпроводниковым фазовым переходом для создания на их основе сверхчувствительных ДКП болометров на разогреве электронов с андреевским отражением. Для этого необходимо решить следующие задачи:

- выбор материалов и толщин слоев двухслойной структуры, при применении которых возможно получить упомянутые свойства структуры, т. е. получить достаточно резкий сверхпроводниковый фазовый переход при заданной температуре края перехода в диапазоне Т « 0,4-0,1 К;

- разработка лабораторной методики получения названных структур;

- разработка сравнительно простой методики тестирования этих структур;

- оценка ожидаемой чувствительности болометров на основе таких структур.

В.З. Научная новизна работы.

- Впервые получены тонкопленочные структуры «молибден-медь», работающие на основе эффекта близости.

- Впервые выполнены измерения температурной зависимости сопротивления полученных структур при сверхнизких температурах (1-0,6К).

- На основе уравнения баланса энергии электронов в исследованных структурах и вычисленных вольтамперных характеристик получено уточненное выражение для токового отклика на падающее излучение ДКП болометров.

В.4. Практическая ценность работы.

1. Разработана лабораторная методика получения тонкопленочных двухслойных металлических структур «молибден-медь» с заданной критической температурой (0,4-0,1 К). Эти структуры могут быть использованы в качестве чувствительного элемента болометра.

2. На основе уравнения баланса энергии электронов и измеренных температурных зависимостей сопротивления этих структур оценены ожидаемые предельные чувствительности болометров, в которых полученные структуры являются одновременно поглотителем излучения и датчиком продетектированного сигнала:

-разработана методика получения вольтамперных и вольтваттных характеристик болометра;

-получено выражение для токового отклика на падающее излучение; -разработана методика оценки амперваттной чувствительности.

3. Эти методики позволяют производить оперативный отбор болометров перед их установкой в радиометр, что упрощает тестирование приборов.

В.5. Личный вклад диссертанта в данную работу.

1. Разработана лабораторная методика получения тонкопленочных двухслойных металлических структур «молибден-медь». Изготовлена большая партия таких структур для исследования.

2. Выполнены исследования вышеуказанных пленок на микроскопе атомных сил и растровом электронном микроскопе.

3. Совместно с соавторами (А.Н. Выставкин, В.В. Дмитриев, В.В.Завьялов, С.А. Ковтонюк) разработана методика и проведены измерения температурных зависимостей сопротивления изготовленных двухслойных структур при сверхнизких температурах ~ 0,05 - 1,0 К.

4. Совместно с соавторами (А.Н.Выставкин, С.А. Ковтонюк) разработана методика и выполненен расчет вольтамперных и вольтваттных характеристик возможных болометров на основе изготовленных и исследованных в данной работе структур, токового отклика таких болометров, а также дана оценка их предельной чувствительности.

В.6. Положения, выносимые на защиту.

1. Экспериментально показано, что возможно получение на основе эффекта близости тонкопленочных двухслойных структур «сверхпроводник-нормальный металл» со сверхпроводниковым фазовым переходом при заданной критической температуре.

2. Экспериментально исследовано влияние толщин слоев сверхпроводника и нормального металла для выбранных материалов (молибден-медь) на значение критической температуры двухслойной структуры, определена необходимая точность толщин слоев.

3. При использовании предложенной в работе технологии изготовления, получены качественные и надежные структуры Мо/Cu с Тк~0,1-0,4К, что соответствует рабочим температурам рефрижераторов.

4. Предложена методика получения вольтамперных и вольтваттных характеристик на основании измеренных зависимостей R(T) и уравнения баланса энергии электронов в таких структурах при включении их в цепь с фиксированным электрическим смещением.

5. Получено выражение для токового отклика на излучение для возможных ДКП болометров. На основе этого выражения сделаны оценки значения предельной чувствительности болометров: для 0,4К Рпр~10-,8Вт/Гц,/2, РПро,27 = 2-Ю"20 Вт/Гц1/2, для

0,08К Рпр~ 10*20Вт/Гц1 /2.

В.7. Апробация работы.

Результаты представленных в диссертации исследований докладывались на следующих научных конференциях:

• 10-й и 14-й Междунар. симпозиумы по космическим терагерцовым технологиям: 1999 г. (THZ-10), Шарлотсвиль, США и 2003 г. (THZ-14), Таксон, США.

• 10-я Международная конференция по низкотемпературным детекторам, 2003 г. (LTD-10), Генуя, Италия.

• 5-й Международный Харьковский симпозиум по физике и технике сантиметровых, миллиметровых и субмиллиметровых волн, 2004 г. (MSMW'04), Харьков, Украина.

В.8. Публикации.

Основное содержание диссертационной работы отражено в семи статьях в научных журналах и трудах научных конференций.

В.9. Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений, списка публикаций по теме диссертационной работы и списка цитированной литературы из 84 наименований.

1. И.И. Зинченко, Современная миллиметровая и субмиллиметровая астро-номия, Известия ВУЗ'ов, Радиофизика, 2003, т. 46, № 8-9, сс. 641659.

2. Т. Encrenaz, Observations of planetary and satellite atmospheres with FIRST, Proc. of the ESA Symposium "The Farlnfrared and Submillimeter Univerese", 15-17 April 1997, Grenoble, France, pp. 39-44.

3. J. Crovisier, D. Bockelee-Morvan, Comets at submillimetric wavelengths, ibid, pp. 45-50.

4. P. Andre, The potential of FIRST for the earliest stages of star formation, ibid, pp. 51-60.

5. A. Omont, Circumstellar matter, ibid, pp. 61-66.

6. P. Schilke, T.G. Fillips, D.M. Mehringer, FIRST wide band submillimeterline surveys, ibid, pp. 73-80.

7. P. Andreani, A. Franceschini, G.L. Granato, Far-IR and mm properties of quasars, ibid, pp. 133-138.

8. M. Rowan-Robinson, The search for primeval galaxies, ibid, pp. 139-144.

9. A. Franceschini, H. Aussel, A. Bressan et al, Source-counts and background radiation, ibid, pp. 159-168.

10. G.I. Melnik, A. Dajgarno, N.R. Frickson et al, The submillimeter wave astronomy: science objectives and instrument description, ibid, pp. 189-194.

11. J.E. Carlstrom, J. Zmuidzinas, Millimeter and submillimeter techniques, "Review of Radio Science 1993-1995", ed. W.R. Stone, Oxford, The Oxford Univeraity Press, 1996.

12. M. Griffin, International situation and missions concepts, Proc. of Workshop on technology requirements for future FIR space astronomy, 20, 21 May 2003, Cardif University, pp.17-24.

13. M. Bradford, SAFIR Single aperture far infrared observatory, Proc. of Workshop on technology requirements for future FIR space astronomy, 20, 21 May 2003, Cardif University, pp.25-36.

14. V.D. Gromov, N.S. Kardashev, L.S. Kuzmin, Submillimeter and millimeter wave sky mapping in the space project Submillimetron, Proc. of the 2K1BC Workshop "Experimental Cosmology @ mm-waves", Breuil-Cervinia (AO), Italy, July 9-13, 2001, pp. 67-71.

15. J.E. Ruhl, P.A.R. Ade, J.E Carlstrom et al., The South Pole Telescope, Archive: astro-ph/0411122 vl 4 Nov 2004.

16. B.S. Karasik, W.R. McGrath, H.G. LeDuc, M.E. Gershenson, A hot-electron detector for radioastronomy, Supercond. Sci. Technol., 1999, v. 12, pp. 745-747.

17. B.S. Karasik, W.R. McGrath, H.G. LeDuc, M.E. Gershenson, A hot-electron detector for radioastronomy, Proc. of the 10th Intern. Symp. on Space Terahertz Technol; March 16-18, 1999, Charlottesville, USA, pp. 121-123.

18. A.N. Vystavkin, Comparison of two types of Andreev reflection hot-electron microbolometer for submillimeter radio astronomy, Proc. of the 11th Intern. Symp. on Space Terahertz Technol; May 1-3, 2000, Ann Rbor, USA, pp. 197-208.

19. A.H. Выставкин, Микроболометр субмиллиметрового диапазона на горячих электронах с андреевским отражением для радиоастрономии, Известия вузов, Радиофизика, 2003, т. 46, № 8-9, сс. 813-821.

20. А.Н. Выставкин, В.В. Мигулин, Приемники миллиметровых и субмиллиметровых волн, Радиотехника и электроника, 1967, т. 12, № 11, сс. 1989-1998.

21. М. Nahum, P.L. Richards, С.А. Mears, Design analysis of a novel hot-electron microbolometer, IEEE Trans, on Appl. Supercond., 1993, v. 2, № 1, pp. 2124-2127.

22. M. Nahum, J.M. Martinis, Ultrasensitive hot-electron microbolometer, Appl. Phys. Lett., 1993, 29 November, 63(22), pp. 3075-3077.

23. A.H. Выставкин, Сверхвысокочувствительный микроболометр с андреевским отражением на горячих электронах для субмиллиметровой радиоастрономии, Радиотехника и электроника, 2001, т. 46, № 7, сс. 806815.

24. А.Н. Выставкин, Д.В. Шуваев, JI.C. Кузьмин, М.А. Тарасов, Э. Андерстед, М. Вилландер, Т. Клаесон, Болометр на горячих электронах в нормальном металле с андреевским отражением в сверхпроводниковых берегах, ЖЭТФ, 1999, т. 115, вып.З, сс. 1085-1092.

25. D.V. Shuvaev, D.A Golubev, M.A. Tarasov, L.S. Kuzmin, T. Claeson, Optimization of the normal metal hot-electron microbolometer, Proc. of the10th Intern. Symp. on Space Terahertz Technol; March 16-18, 1999, Charlottesville, USA, pp. 78-81.

26. K.D. Irwin, G.C. Hilton, D.A. Wollman, J. M. Martinis, X-ray detection using a superconducting transition-edge sensor microcalorimeter with electrothermal feedback, Appl. Phys. Lett., 1996, 23 September, 69 (13), pp. 1945-1947.

27. K.D. Irwin, G.C. Hilton, J.M. Martinis, B. Cabrera, A hot-electron microbolometer for X-ray detection using a superconducting transition edge sensor with electrothermal feedback, Nucl. Instr. and Meth., 1996, A370, pp. 177-179.

28. K.D. Irwin, An application of electrothermal feedback for high resolution cryogenic particle detection, Appl. Phys. Lett., 1995, 10 April, 66 (15), pp. 1998-2000.

29. S.W. Nam, B. Cabrera, B. Chugg, R.M. Clarke, C. Fertig, K.D. Irwin, B.A. Young, SQUID based W A1 quasiparticle trapping assisted transition edge sensor, Nucl. Instr. and Meth., 1996, A370, pp. 187-189.

30. M. Nahum, J.M. Martinis, Hot-electron microbolometers as high-resolution x-ray detectors, Appl. Phys. Lett., 1995, 5 June, 66 (23), pp. 32033205.л

31. J.M. Martinis, Hot-electron microbolometers with area 0.25 mm , Nucl. Instr. and Meth., 1996, A370, pp.171-172.

32. A.T. Lee, P.L. Richards, S.W. Nam, B. Cabrera, K.D. Irwin, A superconducting bolometer with strong electrothermal feedback, Appl. Phys. Lett., 1996, 16 September, 69 (12), pp. 1801-1803.

33. M.J. Myers, A.T. Lee, P.L. Richards et al, Antenna-coupled arrays of voltage-biased superconducting bolometers, Proc. of 9-th Internat. Worcshop on Low Temperature Detectors, 22-27 July 2001, Melville, USA, pp. 247-250.

34. P. Tan, L.D. Cooley,D. Lin et al, Mo-Cu bilayers as transition edge sensors for X-ray astronomy, ibid, pp. 255-257.

35. J.G. Staguhn, C.A. Allen, D.J Bedford et al, TES detector noise limited readout using SQUID multiplexers, ibid, pp. 321-324.

36. Y. Noguchi,H. Takahashi, D. Fukuda et al, A new readout scheme for imaging TES based on cooling time measurement, idid,pp. 325-328.

37. B. Sadoulet, Cosmology and low temperature detectors, Proc. of 9-th Internat. Worcshop on Low Temperature Detectors, 22-27 July 2001, Melville, USA, pp. 581-584.

38. J. Gundersen, P. Ade, J. Bock et al, BLAST a balloon-borne large aperture submillimeter telescope, Proc. of 9-th Internat. Worcshop on Low Temperature Detectors, 22-27 July 2001, Melville, USA, pp. 585-588.

39. D.J. Benford, S.H. Moseley, J.G. Staguhn et al, Parameter comparison for low-noise Mo/Au bolometers, Proc. of 10-th Internat. Worcshop on Low Temperature Detectors, 7-11 July 2003, Genoa, Italy, pp. 270-273.

40. U. Morita, Y. Ishisaki,T. Koga et al, Analyses on the operating point dependenceof the energy resolution with a Ti/Au TES microbolometer, ibid, pp.277-280.

41. S.R. Bandler, E. Eigueroa-Feliciano, C.K. Stahle et al, Design of transition edge sensor microcalorimeters for optimal performance, ibid, pp. 285-288.

42. J.E. Olsen, E.C. Kirk, Ph. Lerch et al, Study of Mo-Au TES deposited directly on a freestanding membrane, ibid, pp. 296-299.

43. D.J. Benford, S.H. Moseley, Cryogenic detectors for infrared astronomy: Single Aperture Far-Infrared (SAFIR) Observatory, ibid, pp. 379-383.

44. M.J. Myers, W. Holzapfel, A.T. Lee et al, Arrays of antenna-coupled bolometers using transition edge sensors, ibid, pp. 424-426.

45. T.C. Chen, A. Bier, B.A. Campano et al, Development of molybdenum-gold proximity bilayers as transition edge sensors for the SPEED camera, ibid, pp. 446-448.

46. M.D. Audley, W.S. Holland, W.D. Duncan et al, SCUBA-2: A large-format array for submillimetre astronomy, ibid, pp. 479-482.

47. M.D. Audley, W.D. Duncan, W.S. Holland et al, Fabrication of the SCUBA-2 detector arrays, ibid, pp. 483-486.

48. M. Yun, J. Bock, H. Leduc et al, Fabrication of antenna-coupled transition edge polarization-sensitive bolometer arrays, ibid, pp. 487-489.

49. S. Ali, S. Malu, D. McCammon et al, Antenna-coupled transition-edge hot-electrn microbolometer, ibid, pp. 490-492.

50. N. Tralshawala, R.P. Brekovski,M.J. Li et al, Fabrication of Mo/Au transition- edge sensors for X-ray spectrometry, IEEE Trans, on Appl. Supercond., 2001, v. 11, No 1, pp. 755-758.

51. A.T. Lee, S.F. Lee, J.M. Gildemeister, P.L. Richards, Voltage-biased superconducting bolometers for infrared and mm-wave astronomy, Proc. of 7th Internat. Worcshop on Low Temperature Detectors, 27 July 2 August 1997, Munich, Germany, pp. 123-125.

52. S.F. Lee, J.M. Gildemeister, W. Holmes et al, Voltage-biased superconducting transition-edge bolometer with strong electrothermal feedback operated at 370 mK, Applied Optics, 1998, v. 37, No 16, pp. 3391-3307.

53. A.T. Lee, J.M. Gildemeister, S.F. Lee, P.L. Richards, Voltage-biased high-Tc superconducting infrared bolometers with strong electrothermal feedback, IEEE Trans, on Appl. Supercond., 1997, v. 7 (2378), pp. 546-549.

54. T. Saab, E. Apodacas, S.R. Badler et al., Characterization and modeling of transition edge sensors for high resolution X-ray calorimeter arrays, Proc. of 10-th Internat. Worcshop on Low Temperature Detectors, 7-11 July 2003, Genoa, Italy, pp. 281-288.

55. R.F. Silverberg, S. Ali, A. Bier et al., A bolometer array for the spectral energy distribution (SPEED) camera, ibid., pp. 421-423.

56. R. Fujimoto, K. Mitsuda, N.Y. Yamasaki et al., TES microcalorimeter development for future Japanese X-ray missions, ibid., pp. 431-434.

57. G.C. Hilton, J.A. Beall, S. Geiker et al., X-ray microcalorimeter arrays fabricated by surface micromashining, ibid., pp. 435-438.

58. D.A. Wollman, G.C. Hilton, K.D. Irwin et al, Cryogenic microcalorimeters for x-ray microanalyses, Proc. of NCSL Workshop and Symposium, 1999, Session 8C, pp. 811-819.

59. N.R. Werthamer, Theory of the superconducting transition temperature and energy gap function of superposed metal films, Phys. Rev., 1963, v. 132, # 6, pp. 2440-2445.

60. B.B. Шмидт, Введение в физику сверхпроводников, Из-во МЦНМО, Москва, 2000, 398 с.

61. А.Ф. Андреев, Теплопроводность промежуточного состояния сверхпроводников, ЖЭТФ, 1964, т. 46, вып.5, сс. 1823-1828.

62. О.В. Лоунасмаа, Принципы и методы получения температур ниже 1 К, пер. с англ., Из-во «Мир», Москва, 1977, 356 с.

63. С. Hagmann, P.L. Richards, Adiabatic demagnetization refrigerators for small laboratory experiments and space astronomy, Cryogenics, 1995, v. 35, # 5, pp. 303-309.

64. J.P. Torre, G. Chanin, Miniature liquid 3He refrigerator, Rev. Sci. Instrum., 1985, v. 56, pp. 318-320.

65. L. Duband, B. Collaudin, Sorption coolers development at CEA-SBT, Cryogenics, 1999, v. 39,pp. 659-663.

66. L. Duband, L. Hui, A.E. Lange, A space-borne 3He refrigerator, Cryogenics, 1990, v. 30, pp. 263-270.

67. L. Duband, Two-stage sorption cooler down to 200 mK for space, Proc. of the 2-nd Int. School/Workshop for Young Scientists "From Andreev Reflection to the International Space Station", Bjorklinden, Sweden, March 2001.

68. V. Shvarts, L.Bobb, M. Jirmanus, Z. Zhao, Custom-built research refrigerators for ultralow temperatures, Proc. of 10-th Internat. Worcshop on Low Temperature Detectors, 7-11 July 2003, Genoa, Italy, pp. 631-633.

69. P.J. Shirron, E.R. Canavan, M.J. DiPirro et al, A compact continuous adiabatic demagnetization refrigerator with high heat sine temperature, ibid, pp. 647-650.

70. Технология тонких пленок, Справочник, под. ред. JI. Майссела и Р. Глэнга, Москва, «Советское радио», 1977, 392 с.

71. B.C. Эдельман, Работа криостата растворения в микрорежиме, ПТЭ, 2002, №3, СС. 139-144.

72. V.V. Dmitriev, I.V. Kosarev, D.V. Ponarin, V.V. Zavjalov, Dilution refrigerator with circulation both He-III and He-IV, Proc. of 1-st SSwedish-ussian-Finnish School for Young Scientists, Bjorklinden, Sweden, Marcn 2000.

73. A.S. Borovik-Romanov, Yu.M. Bunkov, V.V. Dmitriev, Yu.M. Mukharski, A nuclear demagnetization ciyostat and 3 He-4 He delution Refrigerator, Jap. J. of Appl. Phys., 1987, v. 26, pp. 34-36.

74. Ю.М. Бунков, B.B. Дмитриев, Ю.М. Мухарский, Г.К. Твалашвили, Криостат на размагничивании ядер и криостат растворения на 3 Не-4 Не высокой производительности, ПТЭ, 1085, № 3, сс. 17-19.

75. Model SR830 DSP lock-in amplifier, Description and instruction manual, Stanford Research Systems, Sunnyvale, California, Nov. 2002.

76. G.M. Gutt, J.S. Kim, M.R. Condron et al., A ultralow noise amplifier for superconductive detectors, Supercond. Sci. Technol.,1991, No 4, pp. 633-636.

77. В.И. Трофимов, B.A. Осадченко, Рост и морфология тонких пленок, Москва, Энергоатомиздат, 1993, 273 с.