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利用电容结构改善太赫兹信号与检测器的耦合

太赫兹科学与电子信息学报 2015年第1期13卷 27-30页

作者：徐磊涂学凑万超裴宇峰康琳吴培亨南京大学超导电子研究所江苏南京210093

对于THz频段的检测器,当器件的尺寸远远小于检测信号的波长时,可以获得快速的响应速度,但耦合信号的能力会下降。为了提高检测器的信号耦合能力,需要借助天线收集信号。因此天线的性能直接决定着器件的响应频段及灵敏度等参数指标。六... 详细信息

对于THz频段的检测器,当器件的尺寸远远小于检测信号的波长时,可以获得快速的响应速度,但耦合信号的能力会下降。为了提高检测器的信号耦合能力,需要借助天线收集信号。因此天线的性能直接决定着器件的响应频段及灵敏度等参数指标。六氮五铌(Nb5N6)微测热辐射计太赫兹检测器采用平面集成天线的方式来耦合信号,平面天线通过微加工技术,经过光刻、剥离等过程,集成在基片上,Nb5N6置于平面天线的中心。针对0.32 THz的中心频率,尝试采用电容耦合信号的设计方法,提高了Nb5N6的信号耦合能力。

关键词：六氮五铌太赫兹检测器阻抗匹配电容耦合微测辐射热计

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高温超导太赫兹辐射源与检测器

物理 2017年第8期46卷 528-535页

作者：王华兵许伟伟吴培亨南京大学超导电子学研究所南京210023

利用超导约瑟夫森器件中的约瑟夫森效应,超导材料可用于制备太赫兹辐射源和高灵敏的检测器。由于高温超导材料的能隙较高,因此用高温超导材料制备的太赫兹辐射源与检测器具有工作频率广、工作温度高等优点。文章将简要介绍南京大学超导... 详细信息

利用超导约瑟夫森器件中的约瑟夫森效应,超导材料可用于制备太赫兹辐射源和高灵敏的检测器。由于高温超导材料的能隙较高,因此用高温超导材料制备的太赫兹辐射源与检测器具有工作频率广、工作温度高等优点。文章将简要介绍南京大学超导电子学研究所在高温超导双晶晶界约瑟夫森结检测器和高温超导本征约瑟夫森结太赫兹辐射源等方面的工作进展。

关键词：高温超导约瑟夫森结太赫兹检测器太赫兹辐射源

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超导太赫兹直接检测器的制备技术研究

低温与超导 2018年第10期46卷 40-44页

作者：王海萍曹春海刘奥谱徐祖雨孙国柱陈健许伟伟吴培亨南京大学超导电子研究所南京210093

本文研究了超导太赫兹直接检测器的制备流程和关键工艺技术,采用步进投影式光刻技术,来满足检测器对小面积超导隧道结和高频宽带匹配电路的高精度尺寸要求。实验获得了Nb膜反应离子刻蚀形成约42°斜坡角度的刻蚀气体CF4/O2比,解决了超... 详细信息

本文研究了超导太赫兹直接检测器的制备流程和关键工艺技术,采用步进投影式光刻技术,来满足检测器对小面积超导隧道结和高频宽带匹配电路的高精度尺寸要求。实验获得了Nb膜反应离子刻蚀形成约42°斜坡角度的刻蚀气体CF4/O2比,解决了超导微带线在天线边缘处容易断线问题,成功制备出超导太赫兹直接检测器样品。

关键词： Nb/Al-AlOx/Nb 隧道结太赫兹检测器斜坡刻蚀制备工艺

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超导太赫兹直接检测器的制备研究

超导太赫兹直接检测器的制备研究

作者：王海萍南京大学

学位级别：硕士

太赫兹技术在研究领域和应用领域都有受到了越来越广泛的关注,尤其是太赫兹辐射源和太赫兹探测器技术瓶颈的突破,更是给太赫兹的发展注入了强劲动力,使其成为科学界的热点领域。其中,基于超导隧道结的太赫兹检测技术,经过长时间的发展,... 详细信息

太赫兹技术在研究领域和应用领域都有受到了越来越广泛的关注,尤其是太赫兹辐射源和太赫兹探测器技术瓶颈的突破,更是给太赫兹的发展注入了强劲动力,使其成为科学界的热点领域。其中,基于超导隧道结的太赫兹检测技术,经过长时间的发展,制备工艺成熟且相对简单,是热门研究对象之一。本文对超导太赫兹直接检测器的关键工艺进行了优化,并成功制备了超导隧道结太赫兹检测器样品。具体工作如下:1)采用步进投影式光刻技术,解决了检测器对小面积超导隧道结和高频宽带匹配电路的高精度尺寸要求。2)实验通过调节反应离子刻蚀中CF4/O2气体的比例,获得了 42°左右的Nb膜刻蚀斜坡,解决了超导微带线在天线边缘处容易断线问题。3)成功制备出超导太赫兹直接检测器样品。在液氦环境下,对检测器的测试结进行低温I-V特性曲线的测量。4.2K下,直径10 μm的测试结的Jc约为0.76 kA/cm2,Ic约为100 μA。

关键词： Nb/Al-AlOx/Nb 太赫兹检测器斜坡刻蚀工艺优化

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太赫兹频段六氮五铌微纳测辐射热计

太赫兹频段六氮五铌微纳测辐射热计

作者：翟世民南京大学

学位级别：硕士

太赫兹(terahertz,THz)技术在信息科学、生物学、医学、天文学、环境科学等领域都体现出重要的应用价值。常温大规模的阵列检测器是THz技术中的关键技术和发展趋势。大规模阵列器件由于器件尺寸变大,对大尺寸内薄膜的性能和均匀性都有... 详细信息

太赫兹(terahertz,THz)技术在信息科学、生物学、医学、天文学、环境科学等领域都体现出重要的应用价值。常温大规模的阵列检测器是THz技术中的关键技术和发展趋势。大规模阵列器件由于器件尺寸变大,对大尺寸内薄膜的性能和均匀性都有更高的要求。另外阵列探测器与读出电路一般通过倒桩焊进行互联,这可能降低器件与太赫兹信号的耦合,从而降低阵列器件的灵敏度。本文研究制备了大面积高性能六氮五铌(Nb5N6)薄膜和具备纳米尺寸的Nb5N6微纳测辐射热计(nanobolometer)。通过减小器件尺寸,来获取更高的灵敏度,为提高阵列器件灵敏度提供了一种可行方案。在前期工作的基础上,通过调控磁控溅射仪的溅射气压、气体配比、射频源功率、靶材尺寸和距离等参数,优化薄膜的质量和均匀性。并利用X射线衍射、俄歇电子能谱、透射电子显微镜、原子力显微镜等手段对薄膜的元素含量、厚度、表面粗糙度等进行了全方位特性分析。优化微加工工艺条件,并利用电子束曝光替代紫外光刻,制备出具有纳米尺寸微桥的Nb5N6 nanobolometer。最后还表征不同尺寸器件的直流电压响应率、光学电压响应率、等效噪声功率(NEP)和响应时间等,探究了微桥的尺寸对器件性能的影响。取得了以下成果:1.通过优化条件,利用四英寸铌靶制备了高质量的Nb5N6薄膜(TCR>0.7%/K),同时利用六英寸铌靶实现了大面积均匀性良好的薄膜。2.探索并成功应用电子束曝光工艺制备出亚微米尺寸的器件,并优化了器件尺寸。在器件的微桥尺寸为0.8 μm×0.4μm时,器件NEP达到20 pW/Hz1/2,优于常规尺寸器件,响应速度也大大提升,有利于后一步阵列器件的优化。

关键词：太赫兹检测器 Nb5N6薄膜磁控溅射测辐射热计纳米尺寸

高温超导YBCO双晶结在太赫兹技术领域的应用

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高温超导YBCO双晶结在太赫兹技术领域的应用

作者：耿海峰南京大学

学位级别：硕士

太赫兹（THz）波属于电磁波谱中还没有被完全开发的波段,可广泛应用于射电天文、无损检测以及宽带通信等关键领域。太赫兹功能器件、太赫兹发射源和太赫兹检测器是目前太赫兹技术研究的几个主要方向。由于小型太赫兹发射源的功率偏低,... 详细信息

太赫兹（THz）波属于电磁波谱中还没有被完全开发的波段,可广泛应用于射电天文、无损检测以及宽带通信等关键领域。太赫兹功能器件、太赫兹发射源和太赫兹检测器是目前太赫兹技术研究的几个主要方向。由于小型太赫兹发射源的功率偏低,制约着太赫兹技术的发展,由此高灵敏度的太赫兹检测器的研究成了重中之重。本文主要研究了高温超导YBCO双晶结检测器在太赫兹波段的特性与应用。由于太赫兹信号频率较高,一般的频谱测量仪器无法直接测得太赫兹信号的频率,专用太赫兹波段的测试仪器又太过昂贵,因此我们研究太赫兹混频器,利用较低频率的信号通过混频来检测太赫兹信号。本文的研究工作主要分为3个方面:设计制备了高温超导YBCO双晶结的太赫兹检测器;研制了表征太赫兹特性的实验系统并进行了特性测量;进行了高温超导YBCO双晶结混频检测器的研究。我们设计了新型平面窄带太赫兹波段的天线,该天线输入阻抗约为20Ω,从而增加了与正常态电阻只有几欧姆的高温超导YBCO双晶结的阻抗匹配效率,以期望获得更高响应率的太赫兹检测器。研究了这种新型结构的太赫兹检测器的制备工艺,成功制备出微桥尺寸为2um*6um的高性能太赫兹检测器。我们研制了用于天线频率特性表征的实验测试系统,通过测量检测器的电压响应率和一阶Shapiro高度的两种方法来验证检测器与信号的耦合性能。我们测得集成了该新型天线的检测器在219GHz左右具有最大电压响应率;同时测得一阶Shapiro台阶高度达到最高时,入射信号频率为219GHz时天线的耦合效率最高,达到了-48.6dB。根据实验参数的仿真的输入阻抗,该新型窄带天线的检测器在219GHz左右能和高温超导YBCO双晶结阻抗达到最好的匹配。我们分别对载有新型的阻抗匹配结构天线和对数周期型天线的检测器进行了混频研究。在207GHz信号下,载有新型阻抗匹配结构天线,在本征信号功率为2dBm,谐波混频次数达到了 114次,信噪比为8dB。在相同的信噪比下,比对数周期型天线的检测器谐波混频次数高、本征信号低、获得的中频信号功率更大。这表明阻抗匹配结构天线对信号的耦合是更强的。

关键词：高温超导双晶结太赫兹检测器太赫兹混频器