Введение
Глава 1. Эффект электронного разогрева в тонких пленках сверхпроводников и полупроводниковых гетероструктурах и его использование при создании сверхпроводниковых и полупроводниковых приемников излучения . Обзор 33
1.1. Разогрев электронов в тонкопленочных сверхпроводниковых NbN наноструктурах излучением ближнего инфракрасного диапазона и механизм детектирования NbN сверхпроводниковыми полосками одиночных ИК фотонов. Основные типы и направления использования детекторов одиночных фотонов ИК излучения 34
1.1.1. Основные типы однофотонных детекторов ближнего инфракрасного диапазона волн 34
1.1.2. Области использования однофотонных детекторов ИК диапазона 41
1.1.3. Механизм детектирования одиночных фотонов сверхпроводниковыми полосками, по которым протекает транспортный ток 58
1.2. Эффект электронного разогрева и энергетическая релаксация 2D
электронов в одиночных гетеропереходах AlGaAs/GaAs 63
1.2.1. Основные механизмы энергетической релаксации электронов и основные положения теории электрон-фононного взаимодействия в гетероструктурах AlGaAs/GaAs 66
1.2.2. Гетеродинное преобразование частоты излучения терагерцового диапазона полупроводниковыми гетеропереходами AlGaAs/GaAs 83
1.2.3. Обзор экспериментальных исследований электрон- фононного взаимодействия в гетероструктурах AlGaAs/GaAs 89
1.3. Гетеродинное преобразование частоты терагерцового излучения тонкими пленками низкотемпературных сверхпроводников 93
1.3.1. Гетеродинное преобразование частоты терагерцового излучения переходами сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник 95
1.3.2. Гетеродинные преобразователи частоты терагерцового излучения на основе эффекта электронного разогрева в тонких NbN пленках 100
1.4. Выбор объекта исследования и постановка задачи 109
Глава 2. Планарная тонкопленочная технология сверхпроводниковых NbN наноструктур . 113
2.1. Разработка метода осаждения тонких NbN пленок . 114
2.2. Методы структурирования сверхпроводниковых NbN пленок на основе электронной и фото литографий, химического, плазмохимического и реактивного травления...
2.2.1 Методы создания однородных NbN сверхпроводниковых полосок для эффективного согласования с излучением ближнего инфракрасного диапазона 128
2.2.2 Методы создания сверхпроводниковых NbN наноструктур для гетеродинных преобразователей частоты терагерцового диапазона.. 137
2.3 Исследование ультратонких сверхпроводниковых пленок NbN методами электронной просвечивающей микроскопии 145
2.4 Исследование ультратонких сверхпроводниковых пленок NbN методом рентгенодифракционного анализа 152
2.5 Выводы . 159
Глава 3. Методики, схемы, оборудование экспериментальных исследований полупроводниковых и сверхпроводниковых структур 161
3.1 Исследование AlGaAs/GaAs гетероструктур 16
3.1.1 Метод миллиметровой релаксометрии для исследований времен энергетической релаксации в гетероструктурах AlGaAs/GaAs 162
3.1.2 Осцилляции Шубникова-де Гааза в двумерном электронном газе AlGaAs/GaAs гетероструктур 167
3.2 Взаимодействие излучения терагерцового диапазона с NbN сверхпроводниковыми наноструктурами 170
3.2.1 Исследование эффективности преобразования частоты терагерцового излучения NbN наноструктурами 170
3.2.2 Измерение времени энергетической релаксации неравновесных электронов в NbN наноструктурах при разогреве носителей заряда излучением терагерцового диапазона 172
3.2.3 Согласование терагерцового излучения с NbN сверхпроводниковыми наноструктурами 173
3.2.4 Измерение мощности терагерцового излучения, поглощенного NbN наноструктурами при гетеродинном преобразовании частоты 175
3.3 Взаимодействия одиночных фотонов ИК излучения с узкими полосками из сверхпроводниковых пленок NbN 175
3.3.1 Исследование квантовой эффективности и шумовых характеристик взаимодействия одиночных фотонов ИК излучения с узкими полосками из сверхпроводниковых пленок NbN . 176
3.3.2 Исследование временной нестабильности (джиттера) импульса напряжения на сверхпроводниковой полоске при поглощении одиночных ИК фотонов 179
Глава 4. Энергетическая релаксация 2D электронов в полупроводниковых гетероструктурах AlGaAs/GaAs при их разогреве излучением терагерцового диапазона частот 181
4.1 Исследуемые структуры на основе одиночных AlGaAs/GaAs гетеропереходов 181
4.2 Время энергетической релаксации электронов гетероструктур AlGaAs/GaAs в квазиравновесных условиях 186
4.3 Время энергетической релаксации электронов в гетероструктурах AlGaAs/GaAs в магнитном поле, перпендикулярном 2D слою . 197
4.4 Эффективность гетеродинного преобразования частоты одиночным гетеропереходом AlGaAs/GaAs 203
4.5 Оптимальная мощность гетеродинного источника для преобразования частоты с использованием гетероструктур AlGaAs/GaAs 208
4.6 Выводы 210
Глава 5. Взаимодействие излучения терагерцового диапазона с NbN сверхпроводниковыми наноструктурами 212
5.1 Время энергетической релаксации электронов в NbN наноструктурах при разогреве носителей заряда излучением терагерцового диапазона частот 212
5.2 Эффективность преобразования частоты терагерцового излучения NbN наноструктурами 221
5.3 Согласование терагерцового излучения с NbN сверхпроводниковыми наноструктурами 229
5.4 Мощность, поглощенная NbN наноструктурами при гетеродинном преобразовании частоты терагерцового излучения 235
5.5 Болометрический эффект при преобразовании частоты терагерцового излучения NbN наноструктурами 242
5.6 Выводы . 24949
Глава 6. Взаимодействие одиночных фотонов ИК излучения со сверхпроводниковыми тонкопленочными NbN полосками 251
6.1 Эффект детектирования одиночных фотонов сверхпроводниковыми тонкопленочными NbN 251 полосками..
6.2 Квантовая эффективность взаимодействия одиночных фотонов ИК излучения со сверхпроводниковыми тонкопленочными NbN полосками 256
6.3 Время релаксации в сверхпроводящее состояние тонкопленочных NbN полосок при нарушении сверхпроводимости ИК фотонами 265
6.4 Предельно достижимый уровень шумов сверхпроводниковой тонкопленочной NbN полоски, как счетчика ИК фотонов 269
6.5 Временная нестабильность нарушения сверхпроводимости в тонкопленочной NbN полоске при поглощении ИК фотонов 276
6.6 Практическая реализация приемников одиночных фотонов инфракрасного диапазона на основе сверхпроводниковых тонкопленочных NbN полосок 280
6.7 Выводы 285
Заключение 288
Публикации 291
Литература 299
