В результате работы по первому этапу проекта РФФИ №16-32-00017:

  1. Получены новые научные данные о физических процессах, протекающих в сверхпроводниковом смесителе на границе между сверхпроводящей пленкой нитрида ниобия и нормальными металлическими контактными областями, влияющих на чувствительность детекторов.
  2. Созданы сверхпроводниковые смесители на эффекте электронного разогрева с шумовой температурой близкой к квантовому пределу на частотах гетеродина выше 2,5 ТГц.
  3. Разработана оптическая схема максимально эффективного согласования сверхпроводящего смесителя с излучением гетеродина.
  4. Разработан гетеродинный модуль на основе квантово каскадного лазера.

Работа на первом этапе проекта базировалась на отработанных и проверенных методах и медиках, таких как: метод ионного травления, метод Y-фактора измерения шумовой температуры, метод магнетронного распыления, метод измерения вольт-ваттной чувствительности, метод конечных элементов. Рассмотрим более подробно основные в проекте техники:

  1. Сверхпроводниковые наноструктуры изготавливась из пленок NbN толщиной 3.5 нм, нанесенных при помощи реактивного магнетронного распыления Nb мишени в смеси аргона и азота на поверхность высокоомных Si подложек, нагретых до температуры 830 °C. За нанесением NbN следовало нанесение слоя Au толщиной 15 нм без нарушения вакуума (in situ процесс). Это важный шаг во всем процессе изготовления, т.к. in situ золото служит как контактные площадки. Знаки совмещения, необходимые для правильного совмещения, формировались методом фотолитографии. Следующий шаг процесса изготовления включал нанесение электронного резиста и формирования методом электронной литографии «окна» для последующего ионного и химического травления in situ золота и формирования длины смесительного элемента. Затем следовало изготовление внутренней части спиральной антенны методом электронной литографии. Внутренняя часть антенны представляла собой трехслойную структуру Cr(3 нм)-Au (70 нм)-Ti (8 нм) (снизу вверх), где Cr необходим для обеспечения хорошей адгезии, а Ti служил как защитный слой на окончательной стадии процесса изготовления. Внешняя часть спиральной антенны и внешние контактные площадки формировались подобным образом с небольшими изменениями: вместо электронной использовалась фотолитография, и трехслойная структура в этом случае Ti(5 нм)-Au (200 нм)-Ti (5 нм) (снизу вверх), где нижний слой Ti обеспечивал лучшую адгезию, а верхний являлся защитным. После этого наносилась маска SiO для того, чтобы закрыть чувствительный элемент и in situ золотые контакты, и структура NbN-Au стравливалась с незащищенных участков. Наконец, подложка разделялась на отдельные чипы скрайбером.
  2. Исследование зависимости сопротивления от температуры проводилось при помощи стандартной 4-точечной схемы с использованием источника тока Keithley для создания тока в 10 мкА через образец и прецизионного вольтметра Solartron для измерения сопротивления на образце. Температура измерялась при помощи угольного термометра, установленного на противоположной стороне держателя образца таким образом, что его температура была равна температуре образца. Сопротивление термометра измерялось при помощи мультиметра HP34401A, работающего в режиме измерения сопротивления по 4-точке.