SU1032959A1 - Superconducting photocell - Google Patents
Superconducting photocell Download PDFInfo
- Publication number
- SU1032959A1 SU1032959A1 SU813331631A SU3331631A SU1032959A1 SU 1032959 A1 SU1032959 A1 SU 1032959A1 SU 813331631 A SU813331631 A SU 813331631A SU 3331631 A SU3331631 A SU 3331631A SU 1032959 A1 SU1032959 A1 SU 1032959A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- order
- superconducting
- depth
- polarization
- film
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 14
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 9
- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract description 7
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 abstract description 4
- 230000035515 penetration Effects 0.000 abstract description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 229910017980 Ag—Sn Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ ФОТОПРИЕМНИК миллиметрового, субмиллиметрового и ИК-диапазонов длин волн, состо щий из приемной площадки, содержащей чувствительные элементы, и контактных площадок, совместно расположенных на одной из сторон диэлектрической подложки, отличающйй с тем, что, с целью получени высокой чувствительности в широкой области спектра и повышени быстродействи , а также избирательного отклй-ка на определенное направление пол ризации принимаемого излучентш чувствительные элементы выполнены из полосок сверхпроводника II рода, толщиной пор дка глубины скйн-елр и шириной пор дка глубины проникновени перпендикул рного магнитного пол | которые соединены последовательно-параллельно . 2.Фотоприемиик по п. 1, о т л ич а ю щ и и с тем, что, с целью пространственной селекции и приема (Л изображени , приемна площадка выполнена в многоэлементном виде 3.Фотоприемник по п. 1, отличающий с тем, что, с цeJIЬю анализа пол ризации,принимаемо го нэпу чени , выполнен с возможностью кругового вращени .SUPERCONDUCTING PHOTO-RECEIVER of millimeter, submillimeter and infrared wavelength ranges, consisting of a receiving platform containing sensitive elements, and contact pads, jointly located on one side of the dielectric substrate, so as to obtain high sensitivity in a wide spectral range and increase the speed and selective off to a certain direction of polarization of the received radiation sensitive elements made of superconductor strips Type II, the thickness of the order of the depth of the spin-elr and the width of the order of the depth of penetration of the perpendicular magnetic field | which are connected in series in parallel. 2.Photopriemiac according to claim 1, which is based on the fact that, for the purpose of spatial selection and reception (L of the image, the receiving platform is made in multi-element form. 3.Photographic receiver according to which, with the analysis of polarization taken by Nepu, is made with the possibility of circular rotation.
Description
Изобретение относитс к технике приема электромагнитного излучени , точнее к фотоприемникам миллйметрового , субмиллиметроврго и инфракрасного диапазона длин волн.The invention relates to a technique for receiving electromagnetic radiation, more precisely to photo mill receivers of millimeter, submillimeter and infrared wavelengths.
Существуют фотоприемники, чувствительные к излучению в очень широкой области электромагнитного спектра - от радиоволн, до видимой области , т.е. в миллиметровом, субмиллиметровом и ИК-диапазонах длин волн,это болометры.. Среди различных типов таких приборов можно вьщелить в качестве аналогов предлагаемого устройства сверхпровод щие болометры, чувствительным элементом которых служит сверхпровод ща пленка с контактами на диэлектрической подложке.There are photodetectors that are sensitive to radiation in a very wide region of the electromagnetic spectrum - from radio waves to the visible region, i.e. in millimeter, submillimeter and infrared wavelength ranges, these are bolometers. Among various types of such devices, superconducting bolometers can be selected as analogues of the proposed device, the sensitive element of which is a superconducting film with contacts on a dielectric substrate.
Чувствительный элемент имеет температуру , соответствующую максимальной крутизне зависимости сопротивлени пленки от температуры в области , сверхпровод щего перехода. Регистрируетс изменение сопротивлени пленки иэ-за увеличени температуры при поглощении падающего излучени .The sensing element has a temperature corresponding to the maximum slope of the dependence of the resistance of the film on the temperature in the region of the superconducting transition. A change in the resistance of the film is observed due to an increase in temperature during the absorption of incident radiation.
Наиболее близким по технической сущности вл етс сверхпровод щий болометр, который работает как фотоприемник миллиметрового, субмиллиметрового и ИК-диапазонов длин волн, состо щий из приемной площадки, содержащей чувствительные элементы, и контактных площадок, совместно расположенных на одной из сторон диэлектрической подложки. Этот приемник имеет в качестве чувствительного элемента двойную пленку Ag-Sn общей толщиной около 300 А и соотнощением толщин слоев Ag и Sn 1:1. Пленка напыл лась на подложку из сапфира/Я 7 м и формировалась приемна площадка 12«12 мм. На пленку наносилась система царапин дл увеличени сопротивлени посто нному току, причем ширина полоски была много больше глубины проникновени перпендикул рного магнитного пол . На обратную сторону подложки напыл лась пленка из нихрома, использовавша с как нагреватель в системе стабилизации температуры.. Дл плавного изменени в нещироких пределах критической температуры пленки примен лось магнитное поле, напр женностью много меньше критической.The closest in technical essence is a superconducting bolometer, which operates as a photometer of the millimeter, submillimeter and IR wavelength ranges, consisting of a receiving platform containing sensitive elements, and contact pads jointly located on one side of the dielectric substrate. As a sensitive element, this receiver has an Ag-Sn double film with a total thickness of about 300 A and a ratio of the thicknesses of the Ag and Sn layers 1: 1. The film was deposited on a sapphire / I substrate 7 m and a receiving platform 12 “12 mm was formed. A scratch system was applied to the film to increase the DC resistance, with the strip width being much larger than the penetration depth of the perpendicular magnetic field. A film of nichrome was deposited on the back side of the substrate, which was used as a heater in the temperature stabilization system. A magnetic field was applied for a smooth change in the thin limits of the critical temperature of the film, and the intensity was much less than the critical one.
Дл получени малой инерционности отклика болометра необходимо осуществить хороший теплоотвод от чувствительного элемента, дл чего его помещают в сверхтекучий гелий. Чтобы критическа температура соответствовала сверхтекучести гели нужно уменьшить значение параметра пор дка Sn, что в описываемом прототипе достигаетс , металлическим подслоем из Ag. Так как чувствительность (/) балометра пр мо св зана с температурной крутизной сопротивлени , то последнюю величину стрем тс сделать как можно большей, а это приводит к сильному вли нию флуктуации температуры галиевой ванны на характеристики прибора. Такое вли ние удаетс значительно уменьшить лишь применением специальных схем стабилизации температуры. ITo obtain a low inertia of the response of the bolometer, it is necessary to carry out a good heat removal from the sensitive element, for which it is placed in superfluid helium. In order for the critical temperature to correspond to the superfluidity of the gels, it is necessary to reduce the value of the parameter of the order of Sn, which in the prototype described is achieved by a metal sublayer of Ag. Since the sensitivity (/) of the balometer is directly related to the temperature slope, the last value tends to be made as large as possible, and this leads to a strong influence of the fluctuation of the temperature of the helium bath on the instrument characteristics. This effect can be significantly reduced only by using special temperature stabilization schemes. I
Основным недостатком такого прибора , как и болометров вообще, вл етс то, что он не позвол ет получить высокое быстродействие без значительной потери чувствительности , так как чувствительность (ys) и посто нна времени (t) болометраThe main disadvantage of such a device, like bolometers in general, is that it does not allow to obtain high response without significant loss of sensitivity, since the sensitivity (ys) and the time constant (t) of the bolometer
св заны соотношением/ /f con8t. Поэтому в рассматриваемом прототипе при быстродействии 5 не порогова are related by the ratio / / f con8t. Therefore, in the considered prototype with a speed of 5 is not the threshold
чувствительность оказалась низкой, 10+10 Вт . Кроме того, к существенным недостаткам его относ тс необходимость стабилизации рабочей температуры а также то, чтоsensitivity was low, 10 + 10 watts. In addition, its significant drawbacks include the need to stabilize the working temperature as well as the fact that
) без специальных устройств он не позвол ет анализировать пол ризацию принимаемо го излучени .) without special devices, it does not allow analyzing the polarization of the received radiation.
Цель изобретени - получение высокой чувствительности в широкойThe purpose of the invention is to obtain high sensitivity in a wide
5 области спектра и повьшение быстродействи , а также избирательного отклика на определенное направление пол ризации принимаемого излучени . Цель достигаетс тем, что в фото0 Приемнике миллиметрового, субмиллиметрового и -ИК-диапазонов длин волн, состо щем из приемной площадки, сотдержащей чувствительные элементы, и контактных площадок, совместно расположенных на одной из сторон ди- , электрической подложки, чувствительные элементы изготовлены из полосок сверхпроводника II рода толщиной пор дка глубины скин-сло и шириной пор дка глубины проникновени перпендикул рного магнитного пол , которые соединены последовательно-параллельно ,5 spectral regions and an increase in the speed, as well as a selective response to a certain direction of polarization of the received radiation. The goal is achieved by the fact that in the Photo0 Receiver of millimeter, submillimeter and -IR wavelength ranges, consisting of a receiving platform containing sensitive elements, and contact pads jointly located on one side of a di-, electric substrate, sensitive elements are made of strips type II superconductor with a thickness of the order of the depth of the skin layer and a width of the order of the depth of penetration of a perpendicular magnetic field, which are connected in series-parallel,
С целью пространственной селекции или приема изображени приемна площадка выполнена в многоэлементном ввде. Кроме того, с целью анализа пол ризации принимаемого излучени фотоприемник вьтолнен с возможностью кругового вращени .For the purpose of spatial selection or image reception, the receiving platform is made in multi-element vde. In addition, in order to analyze the polarization of the received radiation, the photodetector is circularly rotatable.
Приемна площадка помещаетс в магнитное поле . Чг верхнее критическое поле) перпендикул рное плоскости пленки. Через полоску прое пускаетс транспортный ток I. При любой другой температуре величина пол и тока подбираетс так, чтобы реализовать абсолютный максимум двухпараметрической зависимости чувствительности (1,11).The receiving pad is placed in a magnetic field. Chg upper critical field) perpendicular to the film plane. The transport current I is passed through the strip of projection. At any other temperature, the magnitude of the field and the current is chosen so as to realize the absolute maximum of the two-parameter dependence of sensitivity (1.11).
0 I0 I
При таких услови х полоски наход тс в неоднородном по длине резистивнрм состо нии. Величина сопротивлени полоски определ етс среднимUnder such conditions, the strips are in a non-uniform resistive state. The magnitude of the resistance of the strip is determined by the average
5 значением параметров пор дка, завис щим в свою очередь от магнитного пол и транспортного тока. Электромагнитное излучение поглощаетс квазичастицами и измен ет их функцию5, the value of the parameters is in order, depending in turn on the magnetic field and the transport current. Electromagnetic radiation is absorbed by the quasi-particles and changes their function.
распределени , что приводит к уменьdistribution, which leads to a decrease in
шению среднего значени параметра пор дка и увеличению сопротивлени полоски. Быстродействие такого механизма детектировани -определ етс временем остывани газа квазичастиц и не св зано с чувствительность. Теоретический расчет чувствительности при современном состо нии теории не представл етс возможным.increasing the average value of the parameter order and increasing the resistance of the strip. The speed of such a detection mechanism is determined by the quasiparticle gas cooling time and is not related to sensitivity. A theoretical calculation of the sensitivity under the current state of the theory is not possible.
Чувствительный элемент помещаетс в жидкий Не и располагаетс так, чтобы длинна сторона полоски была перпендикул рна вектору Е принимаемого излучени . В этом случае коэффициент отражени излучени от поверхности элемента оказываетс значительно меньше, больша часть излучени проходит внутрь, а отклик относительно велик. Тем самым осуществл етс избирательность по направлению пол ризации излучени . Дл одновременного согласовани с прини .маемым излучением и схемой последующей регистрации примен етс последовательно-параллельное соединение чувствительных элементов, заполн ющих приемную площадку, а толщина пленки выбираетс пор дка «Г-глубины скин-сло . Таким саособом можно подобрать сопротивление фотоприемника, согласованное с входом последующего усилител , не дела пленку ни слишком толстой (тогда излучение поглощалось бы лишь в поверхностном слое, а отклик щунтировалс остальной частью пленки), ни слишком тонкой (тогда излучение проходило бы насквозь , мало поглоща сь в пленке). Ширина полоски должна быть сделана пор дка Г дл достижени равномерного растекани транспортного тока по сечению чувствительного элемента и, тем самым, лучшего взаимодействи излучени с электронным газом пленки . Температурна крутизна сопротивлени теперь вообще не св зана с чувствительностью и поэтому отпадает необходимость делать ее большой и стабилизировать рабочую температуру.The sensing element is placed in liquid He and is positioned so that the long side of the strip is perpendicular to the vector E of the received radiation. In this case, the reflection coefficient of radiation from the surface of the element turns out to be much less, most of the radiation passes inside, and the response is relatively large. This makes selectivity in the direction of polarization of the radiation. For simultaneous coordination with received radiation and a post-registration scheme, a series-parallel connection of sensing elements filling the receiving area is used, and the film thickness is selected on the order of the G-depth of the skin layer. This way it is possible to choose a photodetector resistance matched with the input of the subsequent amplifier, the film does not make it too thick (then the radiation would be absorbed only in the surface layer, and the response would be shunted by the rest of the film), not too thin (then the radiation would pass through, in the film). The width of the strip must be made in the order of G in order to achieve a uniform spreading of the transport current over the cross section of the sensitive element and, thus, better interaction of the radiation with the electron gas of the film. The temperature slope of the resistance is now generally not related to sensitivity, and therefore there is no need to make it large and stabilize the operating temperature.
Пленочна технологи (напыление и фотолитографи ) позвол ет легко приспосабливать геометрию приемной площадки к, конкретным задачам фотоприема . Так, мультиплициру чувствительные элементы, можно сформировать линейную многоэлементную структуру или матрицу с целью пространственнойFilm technology (sputtering and photolithography) makes it easy to adapt the geometry of the receiving platform to the specific tasks of the photodetector. So, by multiplying the sensitive elements, it is possible to form a linear multi-element structure or matrix for the purpose of spatial
селекции и получени изображени . Единичный элемент структуры или матрицы выполн етс в виде последовательного , последовательно-параллельного или параллельного соединени полосок сверхпроводника. Если необходимо перевести принимаемую информацию на СВЧ, то формируетс несимметрична полоскова лини , дл чего контактна площадка выполн етс в виде полоски, а обратна сторона диэлектрической подложки металлизируетс . Толщина металлизации и контактных площадок превышает глубину скин-сло на СВЧ.selection and imaging. A single element of a structure or matrix is made as a series, series-parallel, or parallel connection of the superconductor strips. If it is necessary to transfer the received information to the microwave, an asymmetrical strip line is formed, for which the contact area is made in the form of a strip, and the reverse side of the dielectric substrate is metallized. The thickness of the metallization and the contact pads exceeds the depth of the skin layer on the microwave.
На фиг. 1.показан общий вид фотоприемника; на фиг. 2 - общий вид многоэлементной (мозаичной) приемной площадки.FIG. 1. shows a general view of the photodetector; in fig. 2 - a general view of a multi-element (mosaic) receiving platform.
Фотоприемник содержит сверхпровод щую пленку 1, диэлектрическую подложку 2, контактные площадки 3.The photodetector contains a superconducting film 1, a dielectric substrate 2, and contact pads 3.
Примером устройства вл етс приемник , изготовленный из пленки 1ЛAn example of a device is a receiver made of a 1L film.
ОABOUT
толщиной 100 А и шириной 1 мкм, напьшенной на сапфировую подложку размером ,5 мм. Геометри пленки формировалась с помощью фотолитограФии . ФотОприемник из Nb имеет следующие характеристики: Критическа температура , К100 A thick and 1 micron wide, printed on a sapphire substrate, 5 mm in size. The geometry of the film was formed using photolithography. The photoelectric receiver from Nb has the following characteristics: Critical temperature, K
Рабоча температура , КOperating temperature, K
Рабочее магнитное поле И, кЭWorking magnetic field And, CE
Динамический диапа Пол ризационна избира тельно сть 5.10-° с; у Dynamic range A polarization of 5.10 ° C; at
Измен характер включени полосок сверхпроводника от параллельного до последовательного, получаем следующий диапазон изменени параметров:Changing the nature of the inclusion of superconductor strips from parallel to serial, we obtain the following range of parameters:
Рабочее сопротивлекие . ОмWorkers resist. Ohm
10-1010-10
Воль т-ва ттна Will t-va ttna
чувствительность,sensitivity,
В. Вт5 .B. W5.
Рабочий ток I, АOperating current I, A
Полученное сочетание чувствительg ности и быстродействи вл етс рекордным дл субмиллиметрового диапазона длин волн. Оно позвол ет использовать устройство дл создани супергетеродинных приемных схем.The resulting combination of sensitivity and speed is a record for the submillimeter wavelength range. It allows the device to be used to create superheterodyne receiver circuits.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU813331631A SU1032959A1 (en) | 1981-08-06 | 1981-08-06 | Superconducting photocell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU813331631A SU1032959A1 (en) | 1981-08-06 | 1981-08-06 | Superconducting photocell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SU1032959A1 true SU1032959A1 (en) | 1989-05-15 |
Family
ID=20974458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU813331631A SU1032959A1 (en) | 1981-08-06 | 1981-08-06 | Superconducting photocell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SU (1) | SU1032959A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA008519B1 (en) * | 2006-05-04 | 2007-06-29 | Николай Иванович Блецкан | Method for manufacturing solar photoelectric converter by n.v.bletskan's |
-
1981
- 1981-08-06 SU SU813331631A patent/SU1032959A1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Martin D.K. Bloor D. the Application of Superconductivity tothe detection of radiant energy Cryogenics 1, 159, * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA008519B1 (en) * | 2006-05-04 | 2007-06-29 | Николай Иванович Блецкан | Method for manufacturing solar photoelectric converter by n.v.bletskan's |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Richards | Bolometers for infrared and millimeter waves | |
| EP0354369B1 (en) | Infrared detector | |
| Hu et al. | Design analysis of a high T c superconducting microbolometer | |
| US5021663A (en) | Infrared detector | |
| US5171733A (en) | Antenna-coupled high Tc superconducting microbolometer | |
| Clarke et al. | Superconductive bolometers for submillimeter wavelengths | |
| Nahum et al. | Fabrication and measurement of high T/sub c/superconducting microbolometers | |
| US5479018A (en) | Back surface illuminated infrared detector | |
| Verghese et al. | Fabrication of an infrared bolometer with a high T/sub c/superconducting thermometer | |
| US6222111B1 (en) | Spectrally selective thermopile detector | |
| SU1032959A1 (en) | Superconducting photocell | |
| Clarke et al. | Composite superconducting transition edge bolometer | |
| JPH05264343A (en) | Far-infrared spectral light detector | |
| Stevens | Radiation thermopiles | |
| Nahum et al. | Design analysis of a novel low temperature bolometer | |
| Khrebtov et al. | High-temperature superconductor bolometers for the IR region | |
| RU2606516C2 (en) | Pyroelectric millimeter radiation detector (versions) | |
| US3219823A (en) | Narrow-band radiation detector using cyclotron resonance | |
| Cole | High-Tc superconducting infrared bolometric detector | |
| SU417695A1 (en) | ||
| JP2715320B2 (en) | Photodetector | |
| RU2046304C1 (en) | Method of measurement of radiating power | |
| Rolls | Two-color sandwich detector using InSb/Pb0. 79Sn0. 21Te | |
| Kreisler et al. | Recent progress in HTSC bolometric detectors at terahertz frequencies | |
| RU1448833C (en) | Barretter |