[發明專利]一種檢測太赫茲信號的超導氮化鈮熱電子接收檢測裝置

無效

• 申請號: 200810242901.6
• 申請日: 2008-12-24
• 公開（公告）號: CN101452032A
• 公開（公告）日: 2009-06-10
• 發明（設計）人: 康琳;陳健;吳培亨;王金平;梁敏
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01J5/00;C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙）
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種超導氮化鈮(NbN)熱電子(HEB)接收檢測裝置，特別是一種檢測太赫茲波段的超導氮化鈮(NbN)熱電子(HEB)接收檢測裝置。

背景技術

太赫茲波(THz)段的接收檢測技術在射電天文、大氣物理、大氣環境檢測(臭氧層的形成和演變)等研究中具有重要的作用，在生物體無損檢測，未來無線網絡等方面也具有很好的應用潛力。

近十幾年中，由于薄膜制備技術和微細加工技術的高速發展，大大促進了超導熱電子器件的迅速發展。超導HEB器件是通過吸收外來輻照，在超導超薄薄膜中產生非平衡的熱電子，器件的電性能發生改變，從而實現對信號的檢測。超導HEB混頻器主要包括兩個部分：一個是用以檢測THz信號的超導微橋區，另一個是連接微橋區的正常金屬材料的平面天線。平面天線的作用是會聚輻射過來的THz信號，并導入超導微橋區。從器件的工作機制上，可將超導HEB分為兩類，一類是擴散制冷型器件，這類HEB要求器件的長度即超導微橋區的長度(約為0.1μm)必須小于電子的熱擴散長度。另一類是聲子制冷型HEB，又稱晶格制冷型，這類器件的工作機制是器件吸收外來輻照，產生高于聲子溫度的熱電子，電子與聲子互作用，交換能量，聲子再將能量傳遞到基底。所以對于聲子制冷型的HEB，超薄超導薄膜是器件最關鍵的部分。超導薄膜越薄，能量交換時間越短，HEB混頻器就可獲得更寬的中頻帶寬。NbN?HEB混頻器，在1THz以上頻段，目前被認為是最好的低噪聲，高分辨率的THz探測器，其靈敏度可以達到10倍的量子極限(hv/kT，h為普朗克常量，k為波爾茲曼常量)，并有望做得更低。目前，世界上許多發達國家都投入了大量的人、財力量致力于該類器件的研究，例如南極的HEAT項目，美國NASA的SAFIR計劃，歐洲的ESORUT項目等。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種高靈敏度、太赫茲波段的超導氮化鈮(NbN)熱電子(HEB)接收檢測裝置，該裝置具有所需本振功率低，中頻帶寬寬等優點。

技術方案：本發明設計并制備了一種檢測太赫茲頻段信號的高靈敏度超導氮化鈮(NbN)熱電子(HEB)接收檢測裝置，該裝置包括：入射信號源、本振信號源、光束分離器、超半球透鏡、偏置電源、杜瓦、低溫和常溫放大器、濾波器、功率計和超導氮化鈮熱電子器件；被檢測信號由入射信號源發出，通過光束分離器后，與本振信號一起由制冷機的窗口入射至Si超半球透鏡上，再經Si超半球透鏡匯聚至氮化鈮熱電子器件上，由偏置電壓源提供的直流偏置由T型偏置接頭提供到氮化鈮熱電子器件上，氮化鈮熱電子器件檢測出的中頻信號經由低溫和常溫放大器放大、濾波器濾波后，由功率計讀出。

超導氮化鈮熱電子器件通過以下技術實現：(1)3-5nm厚度的超薄氮化鈮超導薄膜的生長技術(該技術已經申請專利：申請號為200710132283.5)；(2)超導氮化鈮熱電子器件制備的微加工技術。

利用Y因子方法，用冷熱負載(77K/297K)測定了制備的NbN?HEB接收機的高頻響應特性。

有益效果：本發明的提供的一種高靈敏度、太赫茲波段的超導氮化鈮(NbN)熱電子(HEB)接收檢測裝置，該裝置具有所需本振功率低，中頻帶寬寬等優點，實現了對0.4太赫茲波(THz)到5太赫茲波段頻率的微弱信號進行檢測。

附圖說明

圖1是100倍光學放大的HEB器件圖形。

圖2是超導NbN?HEB器件剖面結構示意圖。

圖3是四端子法測量的NbN?HEB器件的R-T曲線。

圖4是不同溫度下的超導NbN?HEB器件的I-V曲線。

圖5是本發明裝置的信號檢測結構原理圖。

圖6是超導NbN?HEB接收機對2.5THz信號檢測時的系統噪聲溫度。

具體實施方式

本發明設計并制備了一種用于太赫茲頻段信號檢測的高靈敏度超導氮化鈮(NbN)熱電子(HEB)接收檢測裝置，該裝置包括：入射信號源、本振信號源、光束分離器、超半球透鏡、偏置電源、杜瓦、低溫和常溫放大器、濾波器、功率計和超導氮化鈮熱電子器件；被檢測信號由入射信號源發出，通過光束分離器后，與本振信號一起由制冷機的窗口入射至Si超半球透鏡上，再經Si超半球透鏡匯聚至氮化鈮熱電子器件上，由偏置電壓源提供的直流偏置由T型偏置接頭提供到氮化鈮熱電子器件上，氮化鈮熱電子器件檢測出的中頻信號經由低溫和常溫放大器放大、濾波器濾波后，由功率計讀出。