Гетеродинное преобразование частоты субмиллиметрового излучения в сверхпроводящих пленках NbN и двумерном электронном газе гетероструктур AlGaAs/GaAs тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

На правах рукописи

Вахтомин Юрий Борисович

Гетеродинное преобразование частоты субмиллиметрового излучения в сверхпроводящих пленках NN и двумерном электронном газе гетероструктур AlGaAs/GaAs.

Специальность: 01.04.03 -радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 2005

Работа выполнена в Московском педагогическом государственном университете на кафедре общей и экспериментальной физики физического факультета

Научный руководитель доктор физико-математических наук, профессор

Гольцман Григорий Наумович Официальные оппоненты доктор физико-математических наук, профессор

Пирогов Юрий Андреевич

Защита диссертации состоится « 6 » июня 2005 г в 15 часов на заседании Диссертационного совета К 212 154 08 при Московском педагогическом государственном университете по адресу 119435, Москва, ул М Пироговская, д 29, ауд 30

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МШУ по адресу 119992, Москва, Малая Пироговская ул , д 1

Автореферат разослан «2^ » Сч.^ Л 2005 года

кандидат физико-математических наук,

старший научный сотрудник

Розанов Сергей Борисович

Ведущая организация Институт физики микроструктур РАН, г Нижний Новгород

Ученый секретарь диссертационного совета

Ильин В А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посвящена изучению эффекта преобразования частоты в тонких сверхпроводящих пленках NbN и двумерном электронном газе, образующемся на гетерогранице полупроводников AlGaAs и GaAs - исследованию эффективности преобразования, динамики энергетической релаксации разогретых носителей заряда, а так же разработке, созданию и исследованию характеристик гетеродинных приемников субмиллиметрового диапазона длин волн на основе ультратонких пленок NbN

Актуальность исследований.

В последние годы неуклонно растет интерес к созданию чувствительных приемных устройств субмиллиметрового диапазона длин волн Приемные системы этого диапазона, в частности, необходимы для проведения различного рода радиоастрономических наблюдений и исследования атмосферы Земли Кроме этого, использование таких приемников возможно в медицине, пожарной охране, системах навигации, охранных системах и т.д В соседнем миллиметровом диапазоне и длинноволновой части субмиллиметрового диапазона на сегодняшний день созданы приемники, имеющие чувствительность сравнимую с квантовым пределом, обусловленным нулевыми колебаниями

Долгое время астрономические наблюдения проводились лишь в сравнительно небольшом оптическом диапазоне, имеющем ширину около одной октавы(0 4-0 8 мкм) С начала 30-х годов прошлого века, астрономические наблюдения стали проводиться в радиодиапазоне положив начало радиоастрономии По мере развития технологии появилась возможность проводить измерения в ранее недоступной субмилтиметровой области спектра с длинами волн от 100 до 1000 мкм (300 ГГц-3 ТГц) Интенсивность и спектральный состав излучения областей звездного неба, содержит в себе информацию о процессах, происходящих в них, например, при образовании новых звезд и галактик В субмиллиметровом диапазоне спектр излучения Вселенной включает в себя более 40 тысяч отдельных линий, но на сегодняшний день произведено наблюдение только нескольких тысяч из них [1] По данным, полученным в рамках проекта NASA Cosmic Background Explorer (СОВЕ) излучение, приходящееся на субмиллиметровый диапазон, составляет около по ювины регистрируемой яркости наблюдаемых галактик, включая Млечный путь [2]

Проведение радиоастрономических наблюдений с поверхности Земли в субмиллиметровом диапазоне частот затруднено слабой прозрачностью атмосферы, которая в основном обусловлена поглощением излучения парами воды Для проведения исследований с поверхности Земли на частотах близких к 1 ТГц и выше возможно использовать только так называемые окна прозрачности с относительно высоким коэффициентом пропускания [1] Необходимость проведения наблюдений вне окон прозрачности вынуждает создавать радиоастрономические обсерватории с базированием на самолете, воздушном шаре или искусственном спутнике В настоящее время существует несколько крупных международных проектов по созданию как наземных обсерваторий

APEX, ALMA, так и обсерваторий размещенных на борту самолета SOFIA, воздушного шара TELIS, а так же космического аппарата HERSHEI

Вращательные переходы молекул некоторых газов, находящихся в атмосфере и верхней тропосфере, таких как вода, кислород (озон), окись хлора, соединения азота могут служить для мониторинга целостности и причин разрушения озонового слоя, глобального потепления и загрязнения атмосферы.

В последнее десятилетие активно развивается направление, связанное с получением изображений в субмиллиметровом диапазоне длин волн Использование субмиллиметровых тепловизоров позволяет избежать трудностей, связанных с поглощением инфракрасною излучения в различных средах, и получать всепогодные навигационные системы, значительно расширить использование тепловизоров в медицинских целях, получая информацию не только с поверхности, но и из более глубоких слоев человеческого тела Одним из важных потенциальных применений является также использование субмиллиметровых тепловизоров в системах охраны и контроля, так как они способны к точному отображению, как металлического и неметаллического оружия, так и пластиковых взрывчатых веществ, наркотических препаратов. спрятанных под одеждой

Проведение наблюдений отдельных спектальных линий гребуег создания приемных систем высокою разрешения (^/ЛХ>106), где применяются гетеротинные приемники Одним из основных элементов такого приемника является смеситель До недавнею времени в гератерцовом диапазоне в качестве смесителя использовались только диоды с барьером Шоттки, работающие в широком диапазоне температур [3] Тем самым они стаповились уюбным элементом борювого приемника, несмотря па резкое ухудшение чувствительности с ростом частоты Однако большим недостатком смесителей на диоде Шопки является также большая требуемая мощность гетеродина (порядка милливатта), что предполагает использование громоздких, с большим энергопотреблением газовых лазеров, в то время как в практических гетеродинных приемниках обычно используют компактные гетеродинные источники (например, диод Ганна с умножителями или по гупроводниковые лазеры) с выходной мощностью несколько микроватт

Значительный прогресс был достигнут с разработкой малошумяших смесителей. использующих туннельный переход '"сверхпроводник-изоляюр-сверхпроводник" (СИС) [4] Он состоит из двух сверхпроводников, разделенных ультратонким слоем диэлектрика Данный тип гетеродинного приемника сочетает предельно низкую шумовую температуру, близкую к квантовому пределу, с широкой полосой промежуточных частот, а также требует мал\ю мощность гетеродина и отличается стабильностью к ее флуктуациям в процессе измерений Однако шумовая температура СИС смесителя испытывает значительный рост, когда частота излучения превышает значение, соогветствующее энергетической щели сверхпроводящего материала, из которого он изготовлен (порядка 0.7 ТГц для ниобия)

Смеситель на эффекте разогрева электронов в резистивном состоянии сверхпроводников [5] впервые был предложен в работах группы сотрудников МПГУ в начале 90-х годов Такой смеситель обладает хорошей

чувствительностью наряду с достаточно широкой полосой частот преобразования, а также требует малой мощности гетеродина при субмикронных размерах чувствительного элемента. Он является весьма перспективными приемным элементам для субмиллиметрового диапазона, так как не имеет частотных ограничений по механизму смешения и не содержит реактивной компоненты.

Этот новый класс приборов, называемый в международной научной литературе hot-electron bolometer (HEB) появился в результате проведенных исследований энергетической релаксации электронов в разупорядоченных металлах и сверхпроводниках [6]. Данные исследования показали, что эффект электронного разогрева реализуется в сверхпроводниковой плёнке, находящейся в резистивном состоянии, под воздействием электромагнитного излучения.

Полоса преобразования таких смесителей, изготовленных на основе тонкой 2 5-3 5 нм пленки NbN, осажденной на сапфировую подложку достигает 4 ГГц [7], но этого не всегда достаточно для проведения радиоастрономических наблюдений

Таким образом, вопрос расширения полосы преобразования квазиоптических NbN смесителей с фононным каналом охлаждения, которые имели бы низкую шумовую 1емпературу и требовали малой оптимальной мощности гетеродина, является весьма актуальным для практической радиоастрономии, в частности из-за доплеровского уширения спектральных линий при наблюдении быстро двигающихся объектов Кроме того, в связи с ограниченностью перестройки частоты гетеродинных источников излучения терагерцового диапазона, большее значение полосы преобразования дает возможность расширить детектируемый частотный диапазон.

К началу диссертационного исследования полученная шумовая температура квазиоптических NbN смесителей на частотах 0.75. 1.4, 2.5, 3.1 и 4.2ТГц составила 600 К, 2200 К, 2900 К, 4000 К и 5600 К [8.9]. Позднее в работе [10] для смесителей была получена шумовая температура 1500 К на частоте гетеродина 2.5 ГГц.

Тонкие пленки металлов имеют в физике полупроводников интересный аналог - двумерный электронный слой на гетерогранице полупроводников AlGaAs и GaAs Важным аспектом исследования двумерных электронных систем является также возможность их практического применения для создания различных электронных приборов биполярных гранзисторов на гетеропереходах, селективно легированных транзисторов с высокой подвижностью электронов. детекторов на основе гетероструктур. светоизлучающих струкгур и др.

Одной из центральных проблем изучения систем с двумерным электронным газом является исследование электрон-фононного взаимодействия Модификация электрон-фононного взаимодействия связана с изменением энергетического спектра электронов: становится существенным квантование энергии электронов в направлении, перпендикулярном плоскости носителей

В магнитном поле, перпендикулярном плоскости гетероперехода, свободному движению электронов в указанной плоскости отвечает круговое

движение носители под действием силы Лоренца энергия такого периодического движения будет принимать только дискретные значения Плотность состояний электронов при этом является системой б-функциональных пиков (уровней Ландау) При исследовании скорости энергетической релаксации в данном случае необходимо учитывать переходы электронов как внутри уровня Ландау так и межуровневые переходы Кроме того, изменение энергетического спектра электронов в магнитном поле меняет и спектр фононов способных участвовать в электрон-фононном взаимодействии

Большой интерес представляют работы связанные с изучением электрон-фононного взаимодействия в двумерном слое на границе гетероперехода AlGaAs/GaAs В этом материале достигнуты максимально возможные подвижности по сравнению с другими двумерными структурами, что позволяег с большой точностью изучать электрон-фононное взаимодействие при энергетической ре таксации двумерных носителей Теоретические и экспериментальные исследования электрон-фононного взаимодействия в гетеропереходах AlGaAs/GaAs ведутся уже много лет Однако получаемые результаты зачастую противоречивы Существующие экспериментальные методы определения времени энергетической релаксации основаны в большей части на измерении подвижности двумерных носителей или мощности энергетических потерь и являются косвенными Прямые измерения времени энергитической релаксации на основе преобразования частоты ДВУХ монохроматических источников изучения дают возможсть повысить точность определения времени электрон-фононного взаимодействия и сущеетвенно продвинут понимание фишки процесса

Целью диссертационной работы является исследование квазиопгических смесителеи из ультратонких сверхпроводяцих пленок NbN на эффекте элекгронного разогреваработающихв сумиллиметровомдиапазонедлин волн которые наряду с высокой чувствительностью имели бы широкую полосу промежуточных частот требовали малой мощности гетеродина и могли быть применены в практическом гетеродинном приемнике Еще одной целью бы ю исследование эффекта преобразования частоты полупроводниковой гегероструктурой AlGaAs/GaAs в магнитном полe перпендик>дярном 2D плоскости

В процессе достижения цели были решены следующие задачи-

• Исследована полоса промежуточных частот квазиоптических смесителей изготовленных из тонкой пленки NbN на различных подложках в том чисте на кремниевой подложке с подслоем оксида магния

• Определена величина погрешности измерения шумовой температуры NbN смесителей на электронном разогреве малого объема в лабораторных условиях вследствие вклада эффекта прямого детектирования Продемонстрировано понижение шумовой температуры приемника путем обужения полосы приемной антенны

• Методом субмиллиметровою гетеродинирования в условиях электронного разогрева исследованы особенности электрон-фононного взаимодействия в структуре AlGaAs/GaAs в магнитном поле перпендикулярном 2D плоскости

определены роли локализованных и делокализованных состояний электронов в процессах энергетической релаксации

Объектом исследования являлись квазиоптические смесители, изготовленные из пленок МЪМ толщиной 2-4 нм, осажденных на подложки из оксида магния и кремния как с буферным подслоем MgO, так и без него, а также волноводные смесители на основе гетероперехода А^ОаЛз/ОаАз с двумерной квантовой ямой.

Исследование шумовых характеристик квазиоптических смесителей проводилось на частотах 0.8 ТГц, 2.5 ТГц и 3.8 ТГц Измерение полосы преобразования смесителей проводилось на частотах 0 8 ТГц и 0.9 ТГц как по стандартной методике с двумя монохроматическими источниками, так и по оригинальной методике с использованием излучения абсолютно черного тела находящегося внутри криостата

Измерения частотных характеристик АЮаЛз/ОаЛз смесителя производились на частотах 135-145 ГГц в диапазоне магнитных полей 0-4 Тл.

В ходе работы были получены новые научные результаты

1. Исследованы квазиоптические смесители субмиллиметрового диапазона длин волн на эффекте электронного разогрева с фононным каналом охлаждения из сверхпроводящих пленок МЪМ толщиной 2-4 нм с использованием подслоя MgO толщиной 200 нм.

2. Впервые проведены измерения шумовой температуры МЪМ смесителя на частоте гетеродина 2.5 ТГц, где в качестве гетеродинного источника был использован газоразрядный лазер на парах воды

3. Впервые определена величина погрешности измерения чувствительности смесителя за счет эффекта прямого дететирования Предложен способ минимизации данного эффекта путем использования охлаждаемого фильтра на основе металлической сетки.

4 Показана возможность расширения полосы преобразования квазиоптических смесителей изготовленных из сверхпроводящей пленки МЪМ толщиной 2 нм. до 5 2 ГГц Поллуение пленки такой толщины на кремниевой подложке с критической температурой 9 2 К стало возможным, благодаря применению подслоя оксида магния между пленкой и подложкой

5 Показано, что квантование энергии электронов в магнитном поле приводит к снижению эффективности электрон-фононного взаимодействия и резкому уменьшению полосы ПЧ полупроводникового АЮаЛз/ОаЛз смесителя Время энергетической релаксации в магнитном поле, превышающем 1 Тл, осциллирует подобно осцилляциям сопротивления Шубникова-де Гааза Выделены интервалы магнитных полей, в которых доминируют различные механизмы энергетической релаксации.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Квазиоптические смесители на кремниевой подложке с подслоем MgO на основе пленки МЪМ толщиной 3-4 нм имеют двухполосную шумовую температуру 1300 К на частоте излучения гетеродина 2.5 ТГц

2. Величина погрешности определения шумовой температуры МЪМ смесителей под влиянием эффекта прямого детектирования определяется

объемом смесительного элемента и входной полосой приемника, и может быть значительно уменьшена путем применения охлаждаемого узкополосного фильтра с максимумом пропускания на частоте гетеродинного источника

3 Значение полосы промежуточных частот квазиопгических смесителей на основе NbN пленки толщиной 2 нм, осажденной на подложку из кремния с применением подслоя MgO. в оптимальном по шумовым характеристикам режиме достигает 5 2 ГГц и возрастает с увеличением напряжения смещения

4 Квантование энергии двумерных электронов в гетероструктурах AlGaAs/GaAs в магнитном поле приводит к снижению эффективности электрон-фононного взаимодействия и резкому сужению полосы преобразования смесителя на их основе. При В~1 Тл ширина полосы ПЧ исследуемых смесителей уменьшается на порядок по сравнению со случаем В-0. при [емпературе Т-4 2 К

5 В условиях слабой неравновесности релаксация электронной температуры в гетероструктурах AlGaAs/GaAs в магнитном иоле, перпендикулярном 2D плоскости, осуществляется как за счет электронных переходов внутри уровня Ландау, так и межуровневых переходов, для гетероструктур AlGaAs/GaAs с концентрацией ns 5 2 1011 см2 при температуре Т-4 2 К 'элекфон-фононые переходы внутри уровня Ландау преобладают в области больших магнитных полей (фактор заполнения v<4). вклад элекфон-фононных переходов между уровнями Ландау проявляется в области магнитных полей соответствующих v>4,

Практическая значнмость работ подтверждена использованием разрабатываемых HFB смесителей в ряде международных проектов ориентированных как на радиоасфономические наблюдения (API X. ALM\, IIFRSHLL), так на исследование атмосферы Земли (SOHA. IbLIS).

Полученные знания об элекфон-фоношюм взаимодействии в двумерных структурах могут быть использованы при разработке различных полупроводниковых приборов с 2DLG. Измеренная полоса преобразования AlGaAs/GaAs смесителя определяет инерционность детекторов и смесителей терагерцового диапазона на электронном разогреве

Апробация работы: Результаты работы были доложены на следующих конференциях ]Международной конференции по прикладной сверхпроводимости (США, 2003); 13, 14 и 15-м Международном симпозиуме по космическим терагерцовым гехнолотиям (США, 2002-2004). 5-ой Всероссийской конференции по физике полупроводников (Н. Новгород. 2001); 29-ой Международной конференции по физике полупроводников (Эдинбург, 2002): Совместной 29-ой Международной конференции по инфракрасным и миллиметровым волнам и 12-ой Международной конференции по терагерцовой электронике (Германия, 2004) Публикации:

Результаты проведенных исследований изложены в 24 печатных работах, список которых приведён в конце автореферата

Обьем и структура диссертации:

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка

публикаций автора и литературы Обьем работы составляет 175 страниц, включая 41 рисунок и 5 таблиц

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность, раскрывается научная новизна и цели диссертационного исследования Глава 1 Обзор литературы.

В §1 1 рассматриваются супергетеродинные приемники субмиллиметрового диапазона на основе диодов с барьером Шоттки и СИС смесителей §12 посвящен описанию двухтемпературной модели электронного разогрева в сверхпроводниковых пленках, осажденных на диэлектрическую подложку Показано, что частотная зависимость сигнала на промежуточной частоте может быть получена в рамках данной модели, предполагающей нагрев как электронной, так и фононной подсистем пленки, и определяется в основном соотношением времен релаксации Тцс Тр|,е. И Teph (tesc - время ухода неравновесных фононов в подложку, - времена фонон-электронного и

электрон-фононного взаимодействий, соответственно) Приводятся основные положения модели «нормального домена»

В §1 3 приведен обзор существующих работ по НГВ смесителям с фононным каналом охлаждения Рассмотрено влияние электротермической обратной связи в цепи смешения на полосу преобразования HFB смесителя. Показано, что вариация значения транспортного тока, протекающего через смеситель приводит к изменению полосы преобразования ПЕВ смесителя. Приведены лучшие характеристики смесителей, полученные на момент начала диссертационного исследования §1 4 посвяшен особенностям согласования смесительного элемента с принимаемым излучением Обосновывается выбор квазиоптической схемы согласования для смесителей

§1 5 посвяшен описанию основных свойств и особенностей образования двумерною электроного газа в типичной гетероструктуре на плоской границе раздела полу проводников GaAs и AlGaAs Рассмотрены такие свойства двумерных систем, как квантование энергии и плотности состояний электронов в направлении, перпендикулярном поверхности

В §1 6 рассмотрены особенности электрон-фононного взаимодействия в 2D газе в магнитном поле, перпендикулярном плоскости носителей Описаны свойства двумерных носителей в магнитном поле, прежде всего, связанные с изменением их энергетического спектра, что является определяющим для понимания многих явлений, наблюдаемых в двумерных структурах в присутствии магнитного поля

В §1 7 обосновывается выбор объекта исследования и формулируются задачи диссертационной работы

Глава 2 Методики измерения смесителей и описание исследуемых образцов.

В §2 1 освещаются некоторые аспекты изготовления квазиоптических NbN смесителей и основные характеристики AlGaAs/GaAs структур Изучаемые NbN

смесители изготовлялись на различных подложках: из высокорезистивного кристаллического кремния, кристаллическою оксида магния и на кремниевой подложке с промежуточным буферным слоем MgO толщиной 0 2 мкм Ультра гонкие пленки NbN были получены методом реактивного Maгнетронного распыления ниобиевой мишени в атмосфере аргона и азота на постоянном токе Смеситель часть NbN пленки, включенная в центральную часть планарной спиральной антенны-был сформирован посредством взрывной электронной и фотолитографий.

Гетероструктуры AlGaAs/GaAs были выращены методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложке из полуизолирующего нелегированного GaAs Создание смесителя с меза-струкгурой и омическими контактами производилось путем химического травления полупроводниковых слоев через резиспгую маску и вжиганием осажденною AuGeNi-слоя.

В §2 2 представлена конструкция и характеристики субмиллиметрового газоразрядного лазера на парах воды Лазер имеет линии генерации с длинами волн 28. 78 4. 79 1 и 1186 мкм Долговременная стабильность выходной мощности лазера определяется постоянством разрядного тока, давления и состава газовой смеси а также стабильностью длины резонатора Шумовая компонент в излучении лазера в полосе частот 5 Гц - 1 МГц при использовании смеси газов Н2+Н2О составляет -2-5% от мощности генерации Использование гелия в качестве буферного газа позволи ю не только значительно понизитъ шумовую компоненту излучсния до уровня 0 2-0 3% от мощности генерации, но и повысит!, на 30% излучаемую мощность

В §2 3 приводится описание установки для измерении шумовых характеристик квазиоптических NbN смесителей на частотах 0 8. 2 5 и 3 8 ТГ и В качестве гетеродинного источника использовался субмиллиметровый лазер на парах воды и лампа обратной волны ОВ-73. Шумовая температура смесителей определялась по стандартной методике смены "горячей" и "холодной" (300 К/77 К) нагрузки в сигнальном тракте приемника

В §2 4 представлены установки для исследования полосы преобразования квазиоптических NbN ИББ смесителей. Исследования полосы преобразования NbN смесителей проводились как по традиционной методике с двумя монохроматическими источниками излучения на частоте 0.9 ТГц (ОВ-44). как по оригинальной методике при использовании НЕМТ-усилителя и шумового источника сигнала находящегося внутри гелиевого криостата. В качестве шумового источника использовалась нагрузка при различных температурах

§2 5 посвящен описанию методик измерения характеристик AlGaAs/GaAs смесителей Характерные частоты среза, измеряемые в эксперименте, варьировались в широких пределах от 5 до 160 МГц. поэтому для перекрытия всею частотного диапазона использовались различные способы реализации метода миллиметровой спектроскопии Для измерения полосы преобразования >10 МГц применялось методика с двумя источниками монохроматического излучения, смещенных один относительно другого по частоте. Для проведения измерений на более низких частотах использовалась амплитудная модуляция излучения лампы обратной волны, возникающая при подаче модулирующего напряжения в анодную цепь лампы. Частота среза определялось в этом случае

по частотной зависимости ветичины сигнала фотопроводимости возникающего при поглощении носителями модулированного высокочастотного электромагнитного излучения Оценка условии квазиравновесности измерении производилась по амплитуде осцилляции Шубникова-де Гааза при разогреве электронного газа постоянным электрическим током и высокочастотным излучением ЛОВ Суммарная мощность постоянного тока и электромагнитного излучения рассеиваемая в образце приводила к превышению его электронной температуры над решеточной не более чем на 0 1 К

В §2 6 сформулировано заключение

Глава 3 Частотные и шумовые характеристики NbN смесителей

Данная глава посвящена исследованию шумовой температуры и полосы преобразования квазиоптических смесителей В §3 1 представлены

результаты измерения шумовой температуры квазиоптических смесителей изготовленных из тонкой (толщиной 3 5 4 нм) сверхпроводящей пленки на частотах гетеродина 08 2 5 и 3 8 1Гц Выбор размеров смесительного элемента обусловлен значением сопротивления в нормальном состоянии лля лучшего согласования с трактами высокой и промежуточных частот и требуемой оптимальной мощностью гетеролина которая пропорциональна обьсму бо тометра Исследуемые нами смесители имели размеры чувствительною элемента 0 13 0 24 мкм в длину и 1 2 3 мкм в ширину ( толь малые размеры смесительною элемента позволяют использовать такие смесители в реальных приемниках где применяются твердотельные гетеродинные источники с низким уровнем выходной мощности (не более 10 мкВт)

Измерения двухполосной шумовой температуры смесителей Тп обычно проводились на промежуточной частоте 1 5 ГГц а для неколорых смесителей в широком диапазоне промежуточных частот

'¿39 -2М0

У

о '

01 (. е 0 4 N Ой 10 1 < 16 В

Напряжение смещения мВ

РИСУНОК 1 Вольтамперные характеристики смесителя I 180#14 при различном уровне мощности гетеро тина на частоте 2 5 ТГп а так же зависимость измеренной шумовой температуры приемника в зависимости от положения рабочей точки

На рис 1 прелставлены вольтамперные характеристики смесителя Ь180#14 при различных уровнях мощности гетеродина на частоте 2 5 ТГц На эТОМ же рисунке показаны экспериментальная зависимость шумовой температуры

приемника от положения рабочей точки Оптимальная чувствительность достигается при значении напряжения смещения 0 7-0 9 мВ и токе смещения 2428 мкА Лучшее значение шумовой температуры приемника составило 1300 К на частоте гетеродина 2 5 ТГц

Смесители имеющие меньший объем смесительного элемента, как правите, обладают несколько худшей чувствительностью чем смесителя с большим объемом активной части пленки Существуют, по крайней мере, две причины такого поведения эффективности преобразования при изменении объема смесительного элемента Первая причина это зависимость величины погрешности определения шумовой температуры приемника в лабораторных условиях, обусловленной эффектом прямого детектирования, от объема смесительного элемента Второй причиной является увеличение контактного сопротивления границы МЪМ-тенка/контактная металлизация

Пленка МЪМ имеющая температуру ниже критической для высокочастотного тока протекающего по ветвям спиральной антенны и наведенного от гетеродинного источника и нагрузки, имеет импеданс близкий к нормльно проводящему металл) если квант излучения гетеродина превышает величину энергетической щели сверхпроводника В нашем случае, при частоте излучения гетеродина 2 5 и 3 8 ТГц квант изтучения значительно превосходит величину энергетической щети в МЪМ и стедовательно сопротивление пленки для высокочастотного тока ~ 500-600 Ом/ Таким образом ток наведенный высокочастотным излучением протекает по верхнему выполненному из золота стою многослойной структуры и только в непосредственной близости от активной свободной от металлизации части пленки переходит в пленку КЪК Размер этой переходной области определяется соотношением сопротивлений пленки металлизации а так же поверхностным сопротивлением контакта между пленкой и Аи - металлизацией При неизменной величине этих сопротивлений результирующее сопротивление этого \частка будет определяться только плошадью самого контакта и слеловательно шириной смесительного элемента Таким образом лополнительное сопротивление в контактной области приволит к увеличению потерь преобразования смесителя за счет дополнительно рассеиваемой мощности Одним из путей решения этой проблемы является использование так называемого <т-яШ» метода нанесения контактной металлизации

§3 2 посвящен исследованию влияния эффекта прямого детектирования на систематическую ошибку определения шумовой температуры приемника в табораторных условиях

При измерениях шумовой температуры мощность теплового изтучения падающая на смеситель с поверхности нагрузки определяется температурой нагрузки и входной полосой приемника обусловленной частотными зависимостями приемной антенны и используемых фильтров Данное тепловое излучение вызывает паразитный нагрев носителей Это приводит к изменению положения рабочей точки, и, как следствие ведет к изменению выходного шума и эффективности преобразования смесителя Это явление принято называть эффектом прямого детектирования При измерениях шумовых характеристик смесителей, вышеописанный эффект является паразитным и вносит искажения в

измеренные в лабораторных условиях значения шумовой температуры

В эксперименте была использована стандартная установка для измерения шумовой температуры смесителей на частоте гетеродина 2 5 ТГц Двухполосная шумовая температура измерялась в раз тачных рабочих точках (порядка 40 точек) в широком диапазоне напряжений смещения и мощностей гетеродина посредством измерения Y-фактора выходной мощности при смене горячей (300 К) и холодной (77 К) нагрузок Смена нагрузок осуществлялась механическим модулятором с частотой 20 Гц Переменная составляющая выходной мощности регистрировалось селективным вольтметром на частоте модулятора а постоянная составляющая - цифровым вольтметром Все эти данные с помощью интерфейса GPIB записывались в компьютер и пересчитывались в шумовую температуру приемника Кроме измерения выходной мощности так же регистрировалось и изменение величины тока смешения для каждой рабочей точки эти данные так же записывались на жесткий диск компьютера

Анализ этих данных показал что «знак» эффекта прямого детектирования изменяется при переходе через точку соответствующую максимуму выходного шума Изменение тока при смене нагрузки в оптимальной рабочей точке составило 127 нА (0 12% от значения силы транспоршого тока в данной точке) а при этом ошибка в определении шумовой температуры приемника составила болee 8% (1 уменьшилась на 200 К)

Для минимизации данного эффекта путем уменьшения входной полосы приемной антенны предложено использование фильтра В качестве которого была использована тонкая металлческая сетка с кватратнои ячейкой и периодом 100 мкм При усановке данною фильтра с азотного экрана криосага бьп удален ИК-фильтр из черного полизтилена Изменение тока за счет смещения рабочей точки при использовании охлаждаемою сеточного фильлра стало пренебрежимо мало и не превышало 20нА Лучшее значение шумовой температуры приемника достигло значения на 200 К меньшего чем рассчитанное из данных смещения рабочей точки и зависимости выходной мощности

В §3 3 обсуждаются результаты измерений полосы преобразования смесителей изготовленных их NbN пленки различной толщины осажденной на подложки из Si MgO и кремниевую подложку с буферным подстоем оксида магния толщиной 200 нм Толщина стенки нитрида ниобия в стучае Si подложки с подслоем MgO быта 3 5 нм 2 5 нм и 2 нм а в случае Si и MgO подложки только 3 5 нм

Зависимости выходной мощности от промежуточной частоты для смесителей с толщинами пленки 2 5 нм и 2 нм осажденной на кремниевую подложку с буферным подслоем MgO представлена на рис 2 Ширина полосы преобразования в оптимальной по шумовым характеристикам рабочей точке смесителя достигла значения 5 2 ГГц

Возможности расширения полосы преобразования смесителей рассмотрены в §3 4 главы Возможные перспективы расширения полосы ПЧ смесителей можно отнести к ДВУМ направлениям Первый путь это дальнейшее уменьшение

толщины используемых пленок NbN и улучшение однородности уже имеющийся ультратонких 2-3 нм пленок Другая возможность предполагает работу по дальнейшему улучшению акустического согласования пленки и подложки.

02 04 06 08 1 2 4 В 8 о

Промежуточная часто [4 Г Гц

Рисунок 2 Частотные зависимости сигнала на промежуточной частоте для смесителей из пленки NN толщиной 2 нм (кривая А) и 2 5 нм (кривая Б)

Глава 4 Полоса преобразования AlGaAs/GaAs смесителя в магнитном поле перпендикулярном 2D слою.

Данная глава содержит результаты измерения полосы преобразования смесителя на основе гетероструктуры AlGaAs'GaAs в магнитном поле В, перпендикулярном 2D плоскости

В §41 представлены экспериментальные результаты зависимости магнитосопротивления осцилляционного вклада в сопротивление и сигна в фотопроводимости на малой частоте модуляции миллиметрового излучения Измерения сигнала нерезонансной миллиметровой фотопроводимости показали что в магнитном поле осциллирует подобно осцилляциям сопротивления Шубникова-де Гааза Сигнал биполярный в обласш минимума сопротивления в осцилляциях Шубникова-де Гааза Л\г соответствует росту сопротивления при поглощении электромагнитного излучения а в области максимума R -уменьшению сопротивления

В §4 2 представлены результаты измерения полосы преобразования в магнитном поле 0 Тл<В<4 Тт (рис 3) и их обсуждение Эксперимент показывает, что с ростом В электрон-фононное взаимодействие становится менее эффективным (частота среза смесителя уменьшается) и при характеристическое время энергетической релаксации увеличивается на порядок по сравнению с его значением при В=0 В области больших магнитных полей

(В>1 Тл. фактор заполнения <8) на зависимости ДВ (В) наблюдаются

осциляции Глубина осцилляции возрастает с ростом В Па рис 3 стрелками

показано значение В соответствующее максимумам сигнала фотопроводимости (минимуму R) Видно, что при В>2 5 Тл минимум ДВ наблюдается при значениях В. соответствующих минимуму R, а при В<2 Тл - максимуму R По характеру осцилляции можно сделать вывод о смене механизма энергетической релаксации При увеличении магнитного поля В наблюдается переход от энергетической релаксации, определяемой переходами разогретых носителей между уровнями Ландау, к внутриуровневой релаксации

Рисуиок 3 Зависимость полосы преобразования AlGaAs/(jdAs смесителя от магнитного пота В

В §4 3 сформулированы основные выводы данной главы

В заключении сформулированы результаты работы

1 Созданы квазиоптические смесители субмиллиметрового диапазона длин волн на эффекте электронного разогрева с фононным каналом охлаждения из сверхпроводящих пленок толщиной 2-4 нм с использованием подслоя MgO толщиной 200 нм

2 Проведены измерения шумовой температуры NbN смесителя с подслоем MgO Лучшее значение шумовой температуры приемника на частоте гетеродина 2 5 11 ц составило 1300 К

3 Впервые в качестве гетеродинного источника при измерениях шумовой температуры быт использован газоразрядный лазер на парах воды

4 Впервые определена величина погрешности измерения чувствительности смесителя в лабораторных условиях за счет эффекта прямого детектирования Предложен способ минимизации данного эффекта путем использования охлаждаемого фильтра на основе металлической сетки

5 Показана возможность расширения полосы преобразования квазиоптических смесителей, изготовленных их сверхпроводящей пленки NbN толщиной 2 нм, до 5 2 ГГц Получение пленки NbN такой толщины на кремниевой подложке с критической температурой 9 2 К стало возможным, благодаря о применению подслоя оксида магния между пленкой и подложкой

6 Квантование энергии двумерных электронов в гетероструктурах AlGaAs/GaAs в магнитном поле приводит к снижению эффективности электрон-

фононного взаимодействия и резкому сужению полосы преобразования смесителя на их основе При В~1 Ti пгарина лотосы ПЧ исследуемых смесителей уменьшается на порядок по сравнению со случаем В=0, при температуре Т=4 2 К

В условиях слабой неравновесности релаксация электронной температуры в гетерострукт) pax AlGaAs'GaAs в магнитном поле перпендикулярном 2D плоскости осушествляется как за счет электронных переходов внутри уровня Ландау, так и межуровневых переходов для гетероструктур AlGaAs/GaAs с концентрацией п5=5 2 10"см2 при температуре Т=4 2К этектрон-фононные переходы внутри уровня Ландау преобладают в области больших магнитных полей (v<4) вклад электрон-фононных переходов между уровнями Ланда\ проявляется в области магнитных полей соответствующих v>4,

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах-

] KB Смирнов НГ Птицына ЮБ Вахтомин А 4 Веревкин ГНГолъщшп F М Гершетон Энергетическая ретсация двумерных э1ектронов в режиме квантового эффекта Хочла /ЖЕТФ т71 2000 М сс47 52 (авторских 20%)

2 S / S\echmkov SV Antipov Yu В Vachtomm GNGol tsman SI theredmchenko E \i Gershenzon U Kroug E Kollberg Conversion and noise bandwidths of terahertz NbN hot electron bolometer mixers /Phvsics of Vibrations vol 9 2001 №3 pp 205-210 (авторских 20%)

? S V Antipo\ SI Svechmkov KV Smirnov YuB lachtomm. 41 Fmkel G A Gol tsman L MGershenzon \01st temperature of quasioptical \b\ Hot Electron Bolometer mixer at 900 GH/ //Phvsics of Vibrations vol 9 2001 №4 pp 12*5 138 (авторских 10%)

4 Ю Б Baxmovitn МИ Финке ¡ь С В Лнтгтов KB Ci ирное НСКаурова ВН Дракинскшi ЬМ Воронок ГН Гопыриан Потоса преобразования счеситепей на эффекте разогрева адекгронов в > н>тратонких пленках \bN на попожках из St с почетоем МеО //Радиотехника и электроника т 48 Jv«6 2003 с 1 s (авторских 30%)

5 A D Semenov И If Hubert Н Richer U Birk M Krocka Ь Mair Yu В Vachtomm MI hnkel S I Antipo\ В M toronov К V Smimo\ К S Kaurova V V Drukimki G V Gol tsman Superconducting Hot Flectron Bolometer Mixer foi Terahertz Heterodyne Rccuveis / IPEb Transactions on Applied Superconductivity June 2003 vol 13 No2 pp 168 171 (авторских 10%)

6 JJA Basehnam 4 Barvshex SF Rekel M Hajemus JR Gao TM Klapwyk Y Vachtomm. S Maslenmkov S Antipox В Voronov G Goltsman Direct Detection Fffect in Small Volume Hot Hectron Bolometer Mixers //submitted to Applied Physics Letters (авторских 20%)

7 Yu В lachtomm MI Fmkel SV Antipov BM Voronov KV Smirnov \ S Kaurova I V Dwkimh G \ GoI tsman Gain Bandwidth of Phonon Cooled HEB Mixers made of Nb\ Thin Film with MgO Buffer I aver on Si //Proceedings of )3th International Svmposiuin on Space ГН7 Technolog) Harvard NY ISA March 26 28 2002 (авторских 30%)

8 KV Smirnov Yu В Vachtomm, SV Antipov SN Mailenmkov N S Kauroxa V\ Drakimki BM Voronoi GV Goltsman 4DSemenov HRtrhter H WHubeis Noise and Gain Performance of spiral antenna coupled HFB Mixers at 0 7 THz and 2 5 THz //Proceedings of 14th International Symposium on Space 1Hz Technology Tucson Arizona, USA April 22-24 2003 (авторских 25%)

9 G Gol tsman M I mkel YuB Vachtomm. i> Antipov V Diakinski Л Kaurova В Voronox Gam Bandwidth and Noise Temperature of NbTiK HEB Mixer /Proceedings of 14th International Symposium on Space THz Technologv Tucson Arizona ISA April 22 24 2003 (авторски\ 15%)

10 YuB Vachtomm, SV Antipox SN Mailenmkov KVSmnnov SL Polyakox NS Kauroxa EV Grishma BM Voronov GN Goltsman Noise tempeiature measurements of NbN phonon-cooled Hot Electron Bolometer mixer at 2 5 and 3 8 THz /Proceedings of 15th International Symposium on Space THz Technology Northampton MA 27 29 of April 2004 (авторских 40%)

11 Yu В Vachtomm, S \ Maslenmkov Ml Tinkel KV Smirnox h I Grishma \ S kauroxa В M Voronox G N Gol tsman Hot electron bolometer mixer for 20 40 THz frequency langc //accepted to 16th International Svmposium on Space THz Technology Chalmers Sweden 2 5 May 200з (авторских 30%)

12 A Barvihev J]A Baselmans V F Reker M Hajemus JR Gao ГM Klapxujk Yu В Vachtomm S Maslenmkov S Antipov В Voronov G Gol tsman Direct Detection Effect in Hot Electron Bolometer Mixers //accepted to 16th International Svmposium on Space THz Technology Chalmers Sweden 2 5 May 2005 (авторских i5%)

13 Ю Б Вахта vim, Г M Гершензон Энергетическая релаксация дв> черных э 1ектронов в гетеросгукгуре AlGaAs/GaAs в магнитном no ie /Вторая всероссийская молодежная конференция по физике по lynpOBO шиков и ггалч-прово шико; ой опто и наноэ 1ек фонике Санкт-Петербург 4-8 декабря 2001 (авторских 50%)

14 Ю h Baxmomm МИ Финке1ь CR Антипод Ь \1 Воронов KB Смирн-¡г НС Каурова В Н Драьинсмш ГН ¡опцчан Штоса преобразования счеситезеи на чффекк разогрева эзек фонов в п 1енках Nb\ на под гожих из Si с подстоем MgO / 8 и вссроссиискии семинар Волновые явле! ия в нелинейных средах) Красновитово 2002 ¡7 с 81 82 (ав горских 40%)

15 К В Смирнов Ю h Вахтохтн 1 ¡11 он циан Г А/ Гершенон Энсргсти 1еская ре таксация да мерных элекфонов к режиме ктнговпо зффекп Хопа /5 я всероссийская конференция по физике по гафово шике в Н Новгоро i 10 14ссшября 2001 |7 <.319 321 (авторских 20%)

16 МI hnkel Yu В Vachtomm S V Antipov В M Voronox A I Simrnox NSkmixvti V \ Drakmskt (i \ (ml tsman I he 11 bandwidth of phonon cooled 111 В mixscrs based on Si substrate with MgO bulter layer International Student Seminar on Microwave Applications 1 Novel Physical Phenomena S Petersburg 2002 pp S6 58 (авпрских W)

17 Smumn A I \lelmkox A ¡' Mowzo\ DV I achtomm )u В VerevkmAA Gol tsman 6 V Mechanism Crossover of Fncrgy Rclaxatitn of 2D tleelrons in Рсфа^1си1а1 Magnetic Held 26th International C< nferenee on the Phvsics of Semiconductors I-dinburJi Juh 29 August 2 2002 (авюрских 15%)

18 ЮВ Вахтомин, С В Anmitnoe С И Уааенннког KB ( мирной С Ч По fin t С И Свечников НС Ка)рова Ь В Ipituumu Ь М Воронов и ГЯlo^ьцмaн Смеситеть 1ера1ерцового диапазона на эффекте разогрева эдектронов в тонких пленках \Ь\ //Магериаш международной на\ mo npai шческой конференции Фундаментазьные пробземы рашоэзекзронною приборостроения 7 10 сентября 2004 Москва MUPJA Hacib 1 с 259 (авторских 40%)

19 Yu В Vachtomm SI Antipox ^SKautova 4 \ Muslenmkm A 1 Smniwx S L Polyakox SI Sxichmkov F I Grishma В M Voromx G \ Gol tsman \oise temperature gam bandwidth md local oscillator power of NbN phonon cooled HFB mixer at Terahertz frequencies //loint 29th International conference on infrared and millimetci waves and 121 International conference on terahertz electronics September 27-october 1 2004 KaHsruhe Germany (авторских 30%)

20 G Л Gol tsman } и В Vachtomm S \ Antipov S \ Maslenmkox A V Smn not SI Polyakox SISvcchnikov V S Kauroia L V Gnshma BM Vownox NbN Phonon с >oled Hot Flectron Bolometer Mixer for Terahertz Heterodvnc Recciveis Ihe International Societv for Optical F-ngineering v 3 January 22 27 ">005 San Jose California USA (авторских 25%)

21 SV Antipox YuB Vachtomm S\ Waslenmknv KV Smnnox \ S Kaurova Г1 Gnshma BM Voionox &\ (ю! timan \oise performance of quasioptical ultrathin NbN hot

electron bolometer mixer at 2 5 and 3 8 THz //Fifth International Kharkov symposium on physics and engineering of microwaves millimeter and submillimeter waves Kharkov Ukraine June 21 26 2004 (авторских 25%)

22 H С Ктрова Mli Фткечь ЮБ Вахтотн, С Н Маспенников С В Антипов KB Смирнов Б М Вороное ГН Готоюн Смеситель стбмичличетрового диапазона длин вопи на основе ппенки YBa СизО х /Первая международная конференция «Фундаментальные пробтемы высокотемпературной сверхпровочимоста» Москва Звенигород 18 22 октября 2004 (авторских 10%)

23 Мааенников С Я Вахтомин ЮЬ Антипов С В Каурова НС Гришина ЕВ БМ Вороное ГН Гочьцман Смесители на основе электронного разогрева в тонких птенках NbN пя частот 2 5 и 3 8 ТГц //Десятая всероссийская научная конференция студентов физиков и мототых ученых (ВНКСФ 10) Москва 2004 сборник тезисов стр 968 (авторских 20%)

S V Anlipov YuB Vachlomm. Sft Maslettmkov N S Kaurova EV Grishma BMVorono\ G V Gol tsman Low noise NbN hot electron bolometer mixer at 2 5 and 3 8 THz //11th In emational Student Seminar on Microwave Applications of Novel Physical Phenomena Proceedings St Petersburg Russia 2004 pp 107 109 (автзрских 20%)

Литература

1 T G Phillips and J Keene Submillimeter astronomy Ptoc //IE-EE vol 80 pp 1662 1678 Nov 1992

2 D Leismilz et al Scientific motivation and technology retirements for the SPIRIT and SPFCS far infrared/submillimeter space interferometers /Proc SPI1 vol 1013 Munich Germany Mar 29-31 2000 pp 36-46

3 7 № Clone et al GaAs SUiottkv Diodes for THz Mixing Applications ;,Proc IFEF vol 80 pp 1827-1841 1992

4 PI Ruhatd<; a aI Quasiparticle heterodyne mixing in SIS tunnel junctions / Appl Phvs I ett v 34 p34< 1979

5 h\{Getshen-on et al Millimeter ard submillimeter range mixer based on electronic heatine of superconductiniz tilms in the resistive stale Sov Phys Supcrconductmtv \ol 3 pp И82 b97 1990

6 t V/ Iершен он и dp Разо!рев квазичастиц в сверхпроводящей пленке находящейся в резистивном состоянии Письма в Ж1ГФ 1981 Т 34 Вып 5 С 281 285

7 S Cheredim Ы nko et Ы I arge bandwidth of NbN Phonon cooled hot electron bolometer mixer on sapphire substrate /Proceedings of the 8th Int Svmp on Space Terahertz Technologv Cambridge Massachusetts pp 245 255 1997

8 i D Sememe et al I-гциепсу dependence noise temperature of the lattice cooled hot-electron terahertz mixer Proctulin^s of the 11th Int Symp on Space Terahertz Technoloey Ann Arbor Ml pp 39 48 2000

9 P Yagoubo\ et aI Quasioptical NbN Phonon Cooled Hot Electron Bolometric Mixers with Low Optimal I ocal Osc llator Power /Proceedings of the 9th Int Svmp on Space Terahertz Technology pp 131-140 1998

10 S (fnredniehcnko it al A bioadband terahertz heterodvne receiver with an NbN HEB mixer

Proceedings ot the 13th Int Svmp on Space 1 erahcrtz Technology Massachusetts Cambridge pp

8з 95 2002

Подл к печ 22 04 2005 Объем 1.0 п л Заказ № 153 Тир 100 экз

Типография МПГУ

887

ВВЕДЕНИЕ

Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Супергетеродинные приемники субмиллиметрового диапазона длин волн на основе ДБШ и СИС

1.2. Эффект электронного разогрева в сверхпроводниках.

1.3. Смесители на электронном разогреве с фононным каналом охлаждения.

1.4. Квазиоптическиё схемы согласования с высокочастотным излучением

1.5. Свойства двумерного электронного газа в гетероструктурах AlGaAs/GaAs.

1.6. Время электрон-фононного взаимодействия в двумерном электронном газе в магнитном поле В, перпендикулярном 2D слою.

1.7. Выбор объекта исследования и постановка задачи.

Глава II. МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ СМЕСИТЕЛЕЙ И ОПИСАНИЕ

ИССЛЕДУЕМЫХ ОБРАЗЦОВ.

2.1. Технологические аспекты изготовления NbN смесителей и смесителей на основе гетероструктуры AlGaAs/GaAs

2.1.1 Квазиоптические NbN смесители

2.1.2 Смесители на основе гетероперехода AlGaAs/GaAs

2.2. Субмиллиметровый лазер на парах воды

2.3. Методика измерения шумовой температуры NbN смесителей

2.4. Методика измерения полосы преобразования NbN смесителей

2.5. Методика измерения характеристик AlGaAs/GaAs смесителя

2.5.1. Экспериментальная установка для измерений зависимости полосы преобразования AlGaAs/GaAs смесителя от магнитного поля.

2.5.2. Оценка условий квазиравновесности измерений

В последние годы неуклонно растет интерес к созданию чувствительных приемных устройств субмиллиметрового диапазона длин волн. Приемные системы этого диапазона, в частности, необходимы для проведения различного рода радиоастрономических наблюдений и исследования атмосферы Земли. Кроме этого, использование таких приемников возможно в медицине, пожарной охране, системах навигации, охранных системах и т.д.

Изучение Вселенной происходит, главным образом, на основании исследования ее электромагнитного излучения. Визуальное наблюдение за объектами Вселенной лежало в основе астрономии. Значительный прогресс в этой области науки был достигнут благодаря изобретению телескопа и применению фотографических методов астрономических наблюдений. Долгое время информацию о строении Вселенной получали лишь в сравнительно небольшом оптическом диапазоне, имеющем ширину около одной октавы (0.40.8 мкм). Лишь в прошлом веке начались проводиться астрономические наблюдения в смежных диапазонах длин волн. В настоящий момент изучение космических объектов происходят в различных областях электромагнитного спектра Вселенной от радиоволн до гамма излучения.

С начала 30-х годом прошлого века, астрономические наблюдения стали проводиться в радиодиапазоне, положив начало радиоастрономии. За годы своего развития радиоастрономия обогатила человечество знаниями о природе явлений, происходящих внутри космических объектов и окружающего пространства. По мере развития технологии появилась возможность проводить измерения в ранее недоступной субмиллиметровой (субмм) и дальней инфракрасной (дальняя ИК) области спектра с длинами волн от 100 до 1000 мкм (300 ГГц-3 ТГц), именуемой терагерцоеым диапазоном. Процессы, связанные с формированием звезд и галактик сопровождаются интенсивным ультрафиолетовым излучением, нагревающим окружающую «холодную» среду. Таким образом, области Вселенной, в которых протекают процессы звездообразования, как правило, окружены облаками газов с большей температурой и концентрацией, чем «холодное» межзвездное вещество. Интенсивность и спектральный состав излучения подобных областей звездного неба содержит в себе информацию о процессах, происходящих при образовании новых звезд и галактик. В этом диапазоне спектр излучения Вселенной включает в себя порядка 40 тысяч отдельных линий, но на сегодняшний день произведено наблюдение только нескольких тысяч из них [1,2]. В силу того, что в основном исследуемые объекты имеют температуру порядка 30 К, максимум их спектра излучения находится именно в этих областях спектра. По данным, полученным в рамках проекта NASA Cosmic Background Explorer (СОВЕ), излучение, приходящееся на субмиллиметровый и дальний инфракрасный диапазоны, составляет около половины регистрируемой яркости наблюдаемых галактик, включая Млечный путь [3]. Характерные линии излучения атомов и молекул, таких как С+ (1.9 ТГц) - самой яркой линии в Млечном пути в терагерцовом диапазоне, воды, СО могут дать исчерпывающую информацию об областях формирования звезд.

Проведение радиоастрономических наблюдений с поверхности Земли в терагерцовом диапазоне частот затруднено слабой прозрачностью атмосферы, которая в основном обусловлена поглощением излучения парами воды. Для проведения исследований с поверхности Земли на частотах близких к 1 ТГц и выше возможно использовать только так называемые окна прозрачности с относительно высоким коэффициентом пропускания [1,4]. На сегодняшний день только начинается освоение окон прозрачности около 1.03, 1.35 и 1.5 ТГц. Стоит отметить, что коэффициент пропускания атмосферы в лучшие дни достигает значения не больше 40% в высокогорных областях плато Атакама (5525м над уровнем моря), Чили [4,5]. Условия проведения наблюдений вынуждают создавать радиообсерватории в труднодоступных высокогорных районах или с базированием на самолете, воздушном шаре или искусственном спутнике. В настоящее время существует несколько крупных международных проектов по созданию как наземных обсерваторий: APEX [6,7] ALMA [8], так и обсерваторий размещенных на борту самолета SOFIA[9], воздушного шара TELIS [10], а так же космического аппарата: HERSHEL [11], SPIRIT [12]. В ближайшем будущем с их помощью будет собираться информация о космических объектах Вселенной.

Вращательные* переходы молекул некоторых газов, находящихся в атмосфере и верхней тропосфере, таких как вода, кислород (озон), окись хлора, соединения азота могут служить для мониторинга целостности и причин разрушения озонового слоя, глобального потепления и загрязнения атмосферы.

В последнее десятилетие активно развивается направление, связанное с получением изображений в субмиллиметровом диапазоне длин волн. Использование субмиллиметровых тепловизоров позволяет избежать трудностей, связанных с поглощением инфракрасного излучения в различных средах, и получать всепогодные навигационные системы, значительно расширить использование тепловизоров в медицинских целях, получая информацию не только с поверхности, но и из более глубоких слоев человеческого тела. Одним из важных потенциальных применений является также использование субмиллиметровых тепловизоров в системах охраны и контроля, так как они способны к точному отображению, как металлического и неметаллического оружия, так и пластиковых взрывчатых веществ, наркотических препаратов, спрятанных под одеждой.

Прогресс в разработке и создании приемных элементов для терагерцового диапазона происходит быстрее, чем в других областях субмиллиметровых технологий (например, в разработке источников t> излучения). Интерес представляет не только рекордные параметры таких приборов, но и фундаментальные исследования природы физических процессов в используемых материалах. Применение тех или иных типов приемников зависит непосредственно от поставленных задач.

На частотах ниже 100 ГГц чувствительность приемников излучения не является критическим параметром отбора, потому что принимаемое электромагнитное излучение можно предварительно усилить при помощи малошумящих полупроводниковых усилителей [13]. На более высоких частотах предварительное усиление сопряжено со значительными трудностями, поэтому чувствительность является решающим критерием отбора приемников.

В ряде задач, где не требуется высокого разрешения, оправдано применение приемников прямого детектирования (некогерентных). Чувствительность таких приемников увеличивается при увеличении частотной полосы приема и времени интегрирования [14].

В качестве приемников прямого детектирования используются, например, разные виды болометров, работающие как при комнатной температуре, так и в криостатных системах при низких температурах вплоть до нескольких десятков милликельвин. Для последних, значение мощности эквивалентной шуму (NEP) может составлять 10"13 -10"19 Вт/Гц172 [15,16]. Частотная полоса таких приемников определяется входными оптическими фильтрами и обычно составляет 50-100 ГГц [17].

В спектроскопии высокого разрешения применяются гетеродинные приемники (когерентные). Одним из основных элементов такого приемника является нелинейный элемент, который смешивает сигнальное излучение малой мощности, улавливаемое антенной, с излучением большой мощности на близкой частоте, подаваемым на смеситель от местного генератора (гетеродина). На выходе смесителя образуется сигнал на разностной частоте, который после усиления малошумящим усилителем регистрируется измерителем мощности.

До недавнего времени в терагерцовом диапазоне в качестве приемного элемента использовались только диоды Шоттки, работающие в широком диапазоне температур [18,19,20]. Тем самым они становились удобным вариантом бортового приемника, несмотря на резкое ухудшение чувствительности с ростом частоты. Улучшение отношения сигнала к шуму добивались путем увеличения постоянной времени измерения. Однако большим недостатком смесителей на диоде Шоттки является также большая требуемая мощность гетеродина (порядка милливатта), что предполагает использование громоздких, с большим энергопотреблением газовых лазеров, в то время как в практических гетеродинных приемниках обычно используют компактные гетеродинные источники (например, диод Ганна с умножителями или полупроводниковые лазеры) с выходной мощностью несколько микроватт.

Значительный прогресс был достигнут с разработкой малошумящих смесителей, использующих туннельный переход "сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник" (СИС) [21,22,23]. Он состоит из двух сверхпроводников, разделенных ультратонким (несколько атомных слоев) слоем диэлектрика. Данный тип гетеродинного приемника сочетает предельно низкую шумовую температуру близкую к квантовому пределу с широкой полосой промежуточных частот, а также требует малой мощности гетеродина и отличается стабильностью к ее флуктуациям в процессе измерений. Однако шумовая температура СИС смесителя испытывает значительный рост, когда частота излучения превышает величину энергетической щели сверхпроводящего материала, из которого он изготовлен (порядка 0.7 ТГц для ниобия).

В 60-х годах прошлого века были проведены первые эксперименты по разработке смесителей на эффекте электронного разогрева. Смеситель на эффекте разогрева электронов в резистивном состоянии сверхпроводников [24,25] обладающий хорошей чувствительности наряду с достаточно широкой полосой частот преобразования, а также требует малой мощности гетеродина при субмикронных размерах чувствительного элемента. Он является весьма перспективными приемным элементам для терагерцового диапазона частот, так как он не имеет частотных ограничений по механизму смешения [26] и не содержит реактивной компоненты, что облегчает задачу согласования смесителя с различными типами квазиоптических антенн.

Этот новый класс приборов, называемый в научной литературе hot-electron bolometer (НЕВ) появился в результате проведенных исследований энергетической релаксации электронов в разупорядоченных металлах и сверхпроводниках [27,28,29]. Данные исследования показали что, эффект электронного разогрева реализуется в сверхпроводниковой плёнке, находящейся в резистивном состоянии, под воздействием электромагнитного излучения. Если размер пленки много больше длины свободного пробега электрона, а время электрон-фононного взаимодействия тер^ больше времени электрон-электронного взаимодействия, тее, то энергетическое распределение квазичастиц (будем в дальнейшем говорить об электронах, в отличие от куперовских пар) соответствует распределению Ферми с эффективной электронной температурой 0, вообще говоря, отличной от её равновесного значения. Время релаксации электронной температуры, г®, определяет инерционность болометра на горячих электронах, а значит, и полосу промежуточных частот (ПЧ) НЕВ смесителя. Время т0 зависит как от материала сверхпроводника, так и от геометрии самого смесителя.

Заметим, что перевод пленки в резистивное состояние может произойти под воздействием многих факторов - сильного магнитного поля, внешнего высокочастотного излучения, повышения температуры. В последнем случае, может быть реализован прямой детектор на эффекте электронного разогрева со значением NEP-IO-19Вт/Гц'/з при Т=0.3 К. [16,30].

Итак, если на пленку в резистивном состоянии действует электромагнитное излучение, то его энергия перераспределяется посредством электрон-электронного взаимодействия по электронной подсистеме, вызывая повышение ее температуры. Энергия от "разогретых" электронов, благодаря электрон-фононному взаимодействию, передается фононам с характерным временем Тф, причем неравновесные фононы, не нагревая фононной подсистемы, будут выходить из пленки в подложку. Описанный канал охлаждения электронной подсистемы называется фононным и реализуется в случае «грязных» разупорядоченных плёнок с малым временем те.е. Фононы играют роль термостата и тем более эффективно, чем больше фононная удельная теплоёмкость по сравнению с электронной удельной теплоёмкостью (с/се), и чем быстрее "горячие" фононы уходят из плёнки в подложку за время те5С. Полоса ПЧ смесителей с фононным каналом охлаждения будет определяться взаимным соотношением с/се, времен те5С и те. ер, достигая нескольких ГГц [31].

Для чистых пленок с большим коэффициентом диффузии электронов D, можно реализовать диффузионный канал охлаждения электронов [32,33]. В этом случае длина чувствительного элемента смесителя L должна быть много меньше длины диффузии L<<lj=nJz~D~, где /./-длина диффузии электронов за время re.ph. Такое уменьшение длины смесителя позволит "разогретым" электронам уходить до рассеивания на фононах в контактные площадки из нормального металла, служащие термостатом. Полоса промежуточных частот (ПЧ) смесителя здесь будет обратно пропорциональна L2, и для Nb при L=0.1 мкм полоса ПЧ может составлять -9 ГГц [34]. Однако здесь имеется целый ряд проблем, определивших практическую трудность применения смесителя с диффузионным каналом охлаждения. Оптимальная по шумовой температуре область на вольтамперной характеристике находится очень близко к точке ее срыва, что приводит к ухудшению стабильности приемника. Кроме того, из-за низкого значения поверхностного сопротивления Nb диффузионные смесители обычно имеют отношение длины к ширине более 2, и поэтому имеют очень малый объем чувствительного элемента, а это делает смеситель весьма чувствительным к статическому электричеству. Изготовление структур столь малого размера сопряжено с определенными трудностями в связи с близостью к предельной точности существующего литографического оборудования. Для реализации диффузионного канала необходимо обеспечить хороший контакт нормального металла и сверхпроводника, а материалы типа

Nb или А1 склонны к быстрому окислению. Далее в обзоре литературы мы в основном будем касаться только первого указанного типа НЕВ смесителей.

Смеситель на эффекте электронного разогрева осуществляет нелинейное инерционное преобразование частоты [27,28,29,35]. Высокая чувствительность такого смесителя обусловлена большой температурной крутизной сопротивления при температуре сверхпроводящего перехода. Скорость остывания электронной подсистемы задает ширину полосы преобразования. В работах [24,26] было предложено использовать пленки Nb и NbN для создания смесителей супергетеродинных приемников.

Изменение объема смесительного элемента не влияет на эффективность преобразования, но приводит лишь к изменению требуемой оптимальной мощности гетеродина и джоулевой мощности тока смещения. В силу ограниченности выходной мощности (до нескольких мкВт на частотах выше 1 ТГц) существующих твердотельных источников, которые обычно применяются в реальных приемных системах (лазер или лампа обратной волны - реже), возможность уменьшения размеров смесителя выглядит очень перспективно.

Расширение полосы ПЧ для НЕВ смесителей с фононным каналом охлаждения может быть достигнуто с использованием ультратонких пленок толщиной в единицы нанометров, а также с использованием подслоев для улучшения акустического согласования пленки с подложкой. Существующие методы напыления позволяют производить высококачественные пленки нитрида ниобия толщиной 3-4 нм.

Согласование смесительного элемента с принимаемым электромагнитным излучением реализуется использованием квазиоптической или волноводной схем. В последнем случае, подложка из тонкого кристаллического кварца со смесителем и фильтрами располагается в короткозамкнутой волноводной секции, со скалярной рупорной антенной [36]. В рамках данного исследования смесителей нас интересовали квазиоптические

НЕВ смесители с фоноииым каналом охлаждения. В этом случае согласование с высокочастотным излучением осуществляется посредством диэлектрической эллиптической или вытянутой сферической линзы. Выбор кристаллического кремния в качестве материала линзы и подложки сделан ввиду хорошей прозрачности этого материала в терагерцовом диапазоне частот, а также стойкости его к внешней среде. Альтернативным материалом является оксид магния MgO, но на частотах выше 3 ТГц его прозрачность заметно ухудшается. Кроме того, за сравнительно короткое время MgO сильно изменяет свои характеристики благодаря значительному поглощению атмосферной влаги.

Значение полосы ПЧ квазиоптических смесителей, изготовленных на основе пленки NbN толщиной 2.5-3.5 нм, осажденной на сапфировую подложку достигает 4 ГГц [37], но этого не всегда достаточно для проведения радиоастрономических наблюдений, где в тракте ПЧ обычно используют малошумящие усилители с рабочей полосой 4-8 ГГц.

Таким образом, вопрос расширения полосы преобразования квазиоптических NbN смесителей с фононным каналом охлаждения, которые имели бы низкую шумовую температуру и требовали малой оптимальной мощности гетеродина, является весьма актуальным для практической радиоастрономии, в частности из-за доплеровского уширения спектральных линий при наблюдении быстро двигающихся объектов. Кроме того, в связи с ограниченностью перестройки частоты гетеродинных источников излучения терагерцового диапазона, большее значение полосе преобразования дает возможность расширить детектируемый частотный диапазон.

К началу диссертационного исследования полученная шумовая температура квазиоптических NbN смесителей на частотах 0.75, 1.4, 2.5, 3.1 и 4.2 ТГц составила 600 К, 2200 К, 2900 К, 4000 К и 5600 К [38]. Полоса ПЧ такого смесителя не превышала 3-4 ГГц. Позднее в работе [39] для смесителей была получена шумовая температура 1500 К на частоте гетеродина 2.5 ГГц.

Инструментом для решения задач, не требующих высокой чувствительности, могут послужить полупроводниковые смесители на электронном разогреве. Такие смесители обладают большим быстродействием под влиянием режима баллистического транспорта, который реализовывается в структурах с длинами L<10 мкм [40], а так же могут использоваться при температуре кипения жидкого азота, где за счет электрон-фононного взаимодействия с участием оптических фононов полоса промежуточных частот может достигать 3.5 ГГц[41 ].

Другим важнейшим аспектом исследования двумерных электронных систем является возможность их практического применения для создания к различных электронных приборов. К таким новым электронным приборам относятся биполярные транзисторы на гетеропереходах [42,43], селективно легированные транзисторы с высокой подвижностью электронов [44,45], светоизлучающие структуры [46,47] и др.

Большой интерес представляют работы, связанные с изучением электрон-фононного взаимодействия в двумерном слое на границе гетероперехода AIGaAs/GaAs. В этом материале достигнуты максимально возможные подвижности по сравнению с другими двумерными структурами, что позволяет с большой точностью изучать электрон-фононное взаимодействие при энергетической релаксации двумерных носителей. Теоретические и экспериментальные исследования электрон-фононного взаимодействия в гетеропереходах AIGaAs/GaAs ведутся уже много лет [48,49,50]. Однако, получаемые результаты зачастую противоречивы. Существующие экспериментальные методы определения времени энергетической релаксации основаны в основном на измерении подвижности двумерных носителей или мощности энергетических потерь и являются косвенными методами. Прямые измерения в квазиравновесных условиях времени энергетической релаксации, определяемого только неупругим взаимодействием электронов с фононами и не зависящего от упругого рассеяния на примесях, дают возможность повысить точность измерений и существенно улучшить понимание процессов электрон-фононного взаимодействия.

Из данного короткого обзора можно сделать вывод о том, что параметры существующих приемников, такие как чувствительность, требуемая мощность гетеродина и полоса промежуточных частот, в терагерцовом диапазоне не достаточны для решения некоторых важных практических задач. Актуальность настоящей работы связана с необходимостью создания и детального исследования чувствительных когерентных приемников терагерцового диапазона.

Целью данной диссертационной работы является исследование квазиоптических смесителей из ультратонких сверхпроводящих пленок NbN на эффекте электронного разогрева, работающих в терагерцовом диапазоне частот, которые наряду с высокой чувствительностью имели бы широкую полосу промежуточных частот, требовали малой мощности гетеродина и могли быть применены в практическом гетеродинном приемнике. Еще одной целью было исследование полосы преобразования полупроводникового AlGaAs/GaAs смесителя в магнитном поле перпендикулярном 2D плоскости.

Объектом исследования являлись квазиоптические смесители, изготовленные из пленок NbN толщиной 2-4 нм, осажденных на подложки из оксида магния и кремния как с буферным подслоем MgO так и без него, а также волноводные смесители на основе гетероперехода AlGaAs/GaAs с двумерной квантовой ямой.

Исследование шумовых характеристик квазиоптических смесителей проводилось на частотах 0.8 ТГц, 2.5 ТГц и 3.8 ТГц. Измерение полосы преобразования смесителей проводилось на частотах 0.8 ТГц и 0.9 ТГц как по стандартной методике с двумя монохроматическими источниками, так и по оригинальной методике с использованием смены холодной и горячей нагрузки внутри криостата.

Измерения частотных характеристик AlGaAs/GaAs смесителя производились на частотах 135- 145 ГГц в диапазоне магнитных полей 0-4 Тл.

В ходе работы были получены следующие новые научные результаты:

1. Исследованы квазиоптические смесители субмиллиметрового диапазона длин волн на эффекте электронного разогрева с фононным каналом охлаждения из сверхпроводящих пленок NbN толщиной 2-4 нм с использованием подслоя MgO толщиной 200 нм.

2. Впервые- проведены измерения шумовой температуры NbN смесителя на установке, где в качестве гетеродинного источника был использован газоразрядный лазер на парах воды.

3. Впервые определена величина погрешности измерения чувствительности смесителя за счет эффекта прямого детектирования. Предложен способ минимизации данного эффекта путем использования охлаждаемого фильтра на основе металлической сетки.

4. Показана возможность расширения полосы преобразования квазиоптических смесителей, изготовленных из сверхпроводящей пленки NbN толщиной 2 нм, до 5.2 ГГц. Получение пленки NbN такой толщины на кремниевой подложке с критической температурой 9.2 К стало возможным, благодаря применению подслоя оксида магния между пленкой и подложкой.

5. Показано, что квантование энергии электронов в магнитном поле приводит к снижению эффективности электрон-фононного взаимодействия и резкому уменьшению полосы ПЧ полупроводникового AlGaAs/GaAs смесителя. Время энергетической релаксации в магнитном поле, превышающем 1 Тл, осциллирует подобно осцилляциям сопротивления Шубникова-де Гааза. Выделены интервалы магнитных полей, в которых доминируют различные механизмы энергетической релаксации.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Квазиоптические смесители на кремниевой подложке с подслоем MgO на основе пленки NbN толщиной 3-4 нм имеют двухполосную шумовую температуру 1300 К на частоте излучения гетеродина 2.5 ТГц.

2. Величина погрешности определения шумовой температуры NbN смесителей под влиянием эффекта прямого детектирования определяется объемом смесительного элемента и входной полосой приемника, и может быть значительно уменьшена путем применения охлаждаемого узкополосного фильтра с максимумом пропускания на частоте гетеродинного источника.

3. Значение полосы промежуточных частот квазиоптических смесителей на основе NbN пленки толщиной 2 нм, осажденной на подложку из кремния с применением подслоя MgO, в оптимальном по шумовым характеристикам режиме достигает 5.2 ГГц и возрастает с увеличением напряжения смещения.

4. Квантование энергии двумерных электронов в гетероструктурах AlGaAs/GaAs в магнитном поле приводит к снижению эффективности электрон-фононного взаимодействия и резкому сужению полосы преобразования смесителя на их основе. При В~1 Тл ширина полосы ПЧ исследуемых смесителей уменьшается на порядок по сравнению со случаем В=0, при температуре Т=4.2 К

5. В условиях слабой неравновесности релаксация электронной температуры в гетероструктурах AlGaAs/GaAs в магнитном поле, перпендикулярном 2D плоскости, осуществляется как за счет электронных переходов внутри уровня Ландау, так и межуровневых переходов; для гетероструктур AlGaAs/GaAs с концентрацией ns=5.2-10u см2 при температуре Т=4.2 К электрон-фононные переходы внутри уровня Ландау преобладают в области больших магнитных полей (фактор заполнения v<4); вклад электронфононных переходов между уровнями Ландау проявляется в области магнитных полей соответствующих v>4;

Практическая значимость работы подтверждена использованием разрабатываемых НЕВ смесителей в ряде международных проектов ориентированных как на радиоастрономические наблюдения (APEX [6,7] ALMA [8], HERSHEL [11], SPIRIT [12]), так на исследование атмосферы Земли (SOFIA [9], TELIS [10]).

Полученные знания об электрон-фононном взаимодействии в двумерных структурах могут быть использованы при разработке различных полупроводниковых приборов с 2DEG. Измеренная полоса преобразования AlGaAs/GaAs смесителя определяет инерционность детекторов и смесителей терагерцового диапазона на электронном разогреве.

Итак, основные результаты диссертации:

1. Созданы квазиоптические смесители субмиллиметрового диапазона длин волн на эффекте электронного разогрева с фононным каналом охлаждения из сверхпроводящих пленок NbN толщиной 2-4 нм с использованием подслоя MgO толщиной 200 нм;

2. Проведены измерения шумовой температуры NbN смесителя с подслоем MgO. Лучшее значение шумовой температуры приемника на частоте гетеродина 2.5 ТГц составило 1300 К;

3. Впервые в качестве гетеродинного источника при измерениях шумовой температуры был использован газоразрядный лазер на парах воды;

4. Впервые определена величина погрешности измерения чувствительности смесителя в лабораторных условиях за счет эффекта прямого детектирования. Предложен способ минимизации данного эффекта путем использования охлаждаемого фильтра на основе металлической сетки;

5. Показана возможность расширения полосы преобразования квазиоптических смесителей, изготовленных их сверхпроводящей пленки NbN толщиной 2 нм, до 5.2 ГГц. Получение пленки NbN такой толщины на кремниевой подложке с критической температурой 9.2 К стало возможным, благодаря о применению подслоя оксида магния между пленкой и подложкой;

6. Квантование энергии двумерных электронов в гетероструктурах AlGaAs/GaAs в магнитном поле приводит к снижению эффективности электрон-фононного взаимодействия и резкому сужению полосы преобразования смесителя на их основе. При В~1 Тл ширина полосы ПЧ исследуемых смесителей уменьшается на порядок по сравнению со случаем В=0, при температуре Т=4.2 К;

7. В условиях слабой неравновесности релаксация электронной температуры в гетероструктурах AlGaAs/GaAs в магнитном поле, перпендикулярном 2D плоскости, осуществляется как за счет электронных переходов внутри уровня Ландау, так и межуровневых переходов; для У гетероструктур AlGaAs/GaAs с концентрацией п$=5.2-10 см при температуре Т=4.2 К электрон-фононные переходы внутри уровня Ландау преобладают в области больших магнитных полей (v<4); вклад электрон-фононных переходов между уровнями Ландау проявляется в области магнитных полей соответствующих v>4.

В завершение работы автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю профессору Гольцману Григорию Наумовичу за предложенную тему работы, внимательное руководство, ценные советы и замечания на протяжении всей работы; благодарен Смирнову К.В. за помощь v на начальном этапе работы и постоянное участие на всем ее протяжении. Большое значение для автора имели помощь в эксперименте и обсуждении полученных результатов с Антиповым С.В., Финкелем М.И. и Масленниковым С.Н.

Автор признателен всему коллективу сотрудников и аспирантов Учебно-научного радиофизического центра МПГУ.

Список публикаций автора:

1. К.В. Смирнов, Н.Г. Птицына, Ю.Б. Вахтомин, А.А. Веревкин, Г.Н. Гольцман, Е.М. Гершензон Энергетическая релаксация двумерных электронов в режиме квантового эффекта Холла //Письма в ЖЭТФ, т.71, 2000, №1, ссAi-52.

2. S.I. Svechnikov, S.V Antipov, Yu.B. Vachtomin, G.N. Gol'tsman, S.I.

Cherednichenko, E.M. Gershenzon, M. Kroug, E. Kollberg Conversion and noise bandwidths of terahertz NbN hot-electron bolometer mixers //Physics of Vibrations, vol. 9, 2001, № 3, pp.205-210.

3. S.V. Antipov, S.I. Svechnikov, К. V. Smirnov, Yu.B. Vachtomin, M.I. Finkel G.N. Gol'tsman, E.M.Gershenzon Noise temperature of quasioptical NbN Hot Electron Bolometer mixer at 900 GHz //Physics of Vibrations, vol. 9, 2001, № 4, pp.125-138.

4. Ю.Б. Вахтомин, М.И. Финкелъ, С.В. Антипов, К.В. Смирнов, Н.С. Каурова, В.Н. Дракинский, Б.М.Воронов, Г.Н. Гольцман Полоса преобразования смесителей на эффекте разогрева электронов в ультратонких пленках NbN на подложках из Si с подслоем MgO //Радиотехника и электроника, т.48, 2003, №6, с. 1-5.

5. A.D. Semenov, H.-W. Htibers, Н. Richter, М. Birk, М. Krocka, U. Mair, Yu.B. Vachtomin M.I. Finkel, S. V. Antipov, B.M. Voronov, К. V. Smirnov, N.S. Kaurova, V.N. Drakinski, G.N. Gol'tsman Superconducting Hot-Electron Bolometer Mixer for Terahertz Heterodyne Receivers //IEEE Transactions on Applied Superconductivity, June 2003, vol.13, No.2, pp. 168-171.

6. J.J.A. Baselmans, A. Baryshev, S.F. Rekel, M. Hajenius, J.R. Gao, T.M. Klapwijk, Y. Vachtomin, S. Maslennikov, S. Antipov, B. Voronov, G. Gol'tsman Direct Detection Effect in Small Volume Hot Electron Bolometer Mixers //submitted to Applied Physics Letters.

7. Yu.B. Vachtomin, M.I. Finkel, S. V. Arttipov, B.M. Voronov, К. V. Smirnov, N.S. Kaurova, V.N. Drakinsky, G.N. Gol'tsman Gain Bandwidth of Phonon-Cooled HEB Mixers made of NbN Thin Film with MgO Buffer Layer on Si //Proceedings of 13th International Symposium on Space THz Technology, Harvard, NY, USA, March 26-28, 2002

8. K.V. Smirnov, Yu.B. Vachtomin, S.V. Antipov, S.N. Maslennikov, N.S. Kaurova, V.N. Drakinski, B.M. Voronov, G.N. Gol'tsman, A.D.Semenov, H.Richter, H.-W.Hiibers Noise and Gain Performance of spiral antenna coupled HEB Mixers at 0.7 THz and 2.5 THz //Proceedings of 14th International Symposium on Space THz Technology, Tucson, Arizona, USA, April 22-24, 2003

9. G. Gol'tsman, M. Finkel, Yu.B. Vachtomin, S. Antipov, V. Drakinski, N. Kaurova, B. Voronov Gain Bandwidth and Noise Temperature of NbTiN HEB Mixer //Proceedings of 14th International Symposium on Space THz Technology, Tucson, Arizona, USA, April 22-24, 2003.

10.Yu.B. Vachtomin, S.V. Antipov, S.N. Maslennikov, K.V. Smirnov, S.L. Polyakov, N.S. Kaurova, E. V. Grishina, B.M. Voronov, G.N. Goltsman Noise temperature measurements of NbN phonon-cooled Hot Electron Bolometer mixer at 2.5 and 3.8 THz //Proceedings of 15th International Symposium on Space THz Technology, Northampton, MA, 27-29 of April, 2004.

11 .Yu.B. Vachtomin, S.N. Maslennikov, M.I. Finkel, KV. Smirnov, E. V. Grishina, N.S. Kaurova, B.M. Voronov, G.N. Gol'tsman Hot electron bolometer mixer for 20-40 THz frequency range //accepted to 16th International Symposium on Space THz Technology, Chalmers, Sweden, 2-5 May, 2005.

12.Baryshev, J. J.A. Baselmans, S.F. Reker, M. Hajenius, J.R. Gao, T.M. Klapwijk, Yu.B. Vachtomin, S. Maslennikov, S. Antipov, B. Voronov G. Gol'tsman Direct Detection Effect in Hot Electron Bolometer Mixers //accepted to 16th International Symposium on Space THz Technology, Chalmers, Sweden, 2-5

May, 2005.

13 .Ю.Б. Вахтомин, Е.М. Гершензон Энергетическая релаксация двумерных электронов в гетеростуктуре AlGaAs/GaAs в магнитном поле //Вторая всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт-Петербург, 4-8 декабря, 2001.

14.Ю.Б. Вахтомин, М.И. Финкель, С.В. Антипов, Б.М. Воронов, К.В. Смирнов, Н.С. Каурова, В.Н. Дракинский, Г.Н. Гольцман Полоса преобразования смесителей на эффекте разогрева электронов в пленках NbN на подложках из Si с подслоем MgO //8-й всероссийский семинар «Волновые явления в нелинейных средах», Красновидово, 2002, т.2, с.81-82.

15.К.В. Смирнов, ' Ю.Б. Вахтомин, Г.Н. Гольцман, Е.М. Гершензон Энергетическая релаксация двумерных электронов в режиме квантового эффекта Холла //5-я всероссийская конференция по физике полупроводников, Н. Новгород, 10-14 сентября, 2001, т.2, с.319-321.

16.М/. Finkel, Yu.B. Vachtomin, S.V. Antipov, B.M. Voronov, K.V. Smirnov, N.S. Kaurova, V.N. Drakinski, G.N. Gol'tsman The IF bandwidth of phonon-cooled HEB mixsers based on Si substrate with MgO buffer layer //International Student Seminar on Microwave Applications of Novel Physical Phenomena, 2002, pp. 56-58.

17. Smirnov К. V, Melnikov A.P., Morozov D.V., Vachtomin Yu.B., Verevkin A.A., Gol'tsman G.N. Mechanism Crossover of Energy Relaxation of 2D Electrons in Perpendicular Magnetic Field //26th International Conference on the Physics of Semiconductors, Edinburgh, July 29-August 2, 2002

18./Q.g. Вахтомин, С.В. Антипов, С.Н.Масленников, К.В.Смирнов, C.JI. Поляков, С.И. Свечников, Н.С. Каурова, Е.В. Гришина, Б.М. Воронов и Г.Н. Голыриан Смеситель терагерцового диапазона на эффекте разогрева электронов в тонких пленках NbN //Материалы международной научно-практической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения», 7-10 сентября 2004, Москва, МИРЭА, часть 1,с259.

19.Yu.B. Vachtomin, S.V. Antipov, N.S. Kaurova, S.N. Maslennikov, К V Smirnov, S.L. Polyakov, S.I. Svechnikov, E. V Grishina, B.M. Voronov, G.N. Gol'tsmantNoise temperature, gain bandwidth and local oscillator power of NbN phonon-cooled HEB mixer at Terahertz frequencies //Joint 29th International conference on infrared and millimeter waves and 12th International conference on terahertz electronics, September 27-october 1, 2004, Karlsruhe, Germany.

20.G.N. Gol'tsman, Yu.B. Vachtomin, S.V. Antipov, S.N. Maslennikov, К V Smirnov, S.L. Polyakov, S.I. Svechnikov, N.S. Kaurova, E. V. Grishina,

B.M. Voronov NbN Phonon-cooled Hot-Electron Bolometer Mixer for Terahertz Heterodyne Receivers //The International Society for Optical Engineering, v. 3, January 22-27, 2005, San Jose, California USA.

21.S. V. Antipov, Yu.B. Vachtomin, S.N. Maslennikov, К. V. Smirnov, N.S. Kaurova, E.V. Grishina, B.M. Voronov, G.N. Gol'tsman Noise performance of quasioptical ultrathin NbN hot electron bolometer mixer at 2.5 and 3.8 THz //Fifth International Kharkov symposium on physics and engineering of microwaves, millimeter and submillimeter waves, Kharkov, Ukraine, June 21-26, 2004.

22.H.C. Каурова, М.И. Финкелъ, Ю.Б. Вахтомин, C.H. Масленников,

C.В. Антипов, К.В. Смирнов, Б.М. Воронов, Г.Н. Голыриан Смеситель субмиллиметрового диапазона длин волн на основе пленки УВа2Сиз07.х //Первая международная конференция «Фундаментальные проблемы высокотемпературной сверхпроводимости», Москва-Звенигород, 18-22 октября 2004.

23.Масленников С.Н., Вахтомин Ю.Б., Антипов С.В., Каурова Н.С., Гришина Е.В, Б.М. Воронов, Г.Н. Голъцман Смесители на основе электронного разогрева в тонких пленках NbN для частот 2.5 и 3.8 ТГц

Десятая всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-10), Москва, 2004, Сборник тезисов, стр. 968. 24.5. V. Antipov, Ya.B. Vachtomin, S.N. Maslennikov, N.S. Kaurova, E.V. Grishina, B.M. Voronov, G.N. Gol'tsman Low noise NbN hot electron bolometer mixer at 2.5 and 3.8 THz //11th International Student Seminar on Microwave Applications of Novel Physical Phenomena. Proceedings. St. Petersburg, Russia, 2004, pp. 107-109.

Заключение.

1. Т. G. Phillips and J. Keene, Submillimeter astronomy, Proc. 1.EE,уol. 80, pp. 1662-1678, Nov. 1992.

2. P. H. Siegel, Terahertz Technology, Proc. IEEE, vol. 50, No. 3, March 2002, pp. 910-928.

3. D. Leisawitz, et al., Scientific motivation and technology requirements for the SPIRIT and SPECS far-infrared/submillimeter space interferometers, in Proc. SPIE, vol. 4013, Munich, Germany, Mar. 29-31, 2000, pp. 36-46.

4. S. Paine, R.Blundell, D.C. Papa, J. Barrett and S.Radford A Fourier Transform Spectrometer for Measurement of Atmospheric Transmission at Submillimeter Wavelengths Publication of the Astronomical Society of the Pacific, 112: 108118, 2000 January

5. V. Belitsky "MM and sub-mm instrumentation for radio astronomy," presented on Masers and Molecules workshop, Sept. 18-19, 2003, Sarohus, Sweden

6. J.Black "Scientific drivers for APEX," presented on Masers and Molecules workshop, Sept. 18-19, 2003, Sarohus, Sweden.

7. R. L. Brown, "Technical specification of the millimeter array," Proc.SPIE-Int. Soc. Opt. Eng., no. 3357, pp. 231-441, 1998.

8. SOFIA home page: http//sofia.arc.nasa.gov/

9. TELIS home page: http://telis.af.op.dlr.de/

10. N. Wyborn, "The HIFI heterodyne instrument for FIRST: Capabilities and performance," in Eur. Space Agency Symp., Grenoble, France, Apr. 15-17, 1997, pp. 19-24.

11. D. Leisawitz et al., "Scientific motivation and technology requirementsfor the SPIRIT and SPECS far-infrared/submillimeter space interferometers" in Proc. SPJE, vol. 4013, Munich, Germany, Mar. 29-31, 2000,pp. 36^6.

12. S. Maas "Microwave mixers", Artech House, Boston 1993.

13. K. Rohlfs, T.R. Wilson, "Tools of Radioastronomy," Third Edition, Spriger, 2002.

14. P. L. Richards, "Bolometers for infrared and millimeter waves" J. Appl.Phys., vol. 76, no. 1, pp. 1-24, July 1994.

15. J.E.Carlstrom and J.Zmuidzinas, "Millimeter and Submillimeter Techniques", "Reviews of Radio Science 1993-1995", ed. W.R.Stone, Oxford, The Oxford University Press., 1996

16. T.W.Crowe, R.J.Mattauch, H.P.Roser, W.L.Bishop, W.C.B.Peatman, and X.Liu, "GaAs Schottky Diodes for THz Mixing Applications," Proc. IEEE, vol. 80, pp. 1827-1841, 1992.

17. S.S. Gearhart, J.Hesler, W.L.Bishop, T.W.Crowe, and G.M.Rebeiz, "A Wideband 760-GHz Planar Integrated Schottky Receiver," IEEE Microwave and Guided Wave Lett., vol. 3, pp. 205-297, 1993.

18. P.L. Richards et al, "Quasiparticle heterodyne mixing in SIS tunnel junctions", Appl.Phys.Lett, v.34, p.345, 1979.

19. C.Y.E. Tong, R. Blundell, S.Paine, D.C. Papa et al., "Design and characterization of 200-300 GHz fixed tuned SIS receiver," IEEE Trans, on Micr. Theory and Tech., v. 44, num.9, pp. 1548-1566, 1996.

20. B. Jackson, A. Baryshev, G. de Lange et al., "Low noise 1 THz SIS mixer incorporated a NbTiN/Si02/Al tuning circuit, " Appl. Phys. Lett., vol. 79, num.3,2001. '

21. E.M.Gershenzon, G.N.Gol'tsman, Yu.P.Gousev, A.I.Elant'ev, and A.D.Semenov, "Electromagnetic Radiation Mixer Based on Heating in Resistive State of Superconductive Nb and YBaCuO Films," IEEE Trans, on Mag., vol. 27, №2, pp. 1317-1320, 1991.

22. E. M. Гершензон, M. E. Гершензон, Г. H. Гольцман, А. Д. Семенов, А. В. Сергеев, "Разогрев квазичастиц в сверхпроводящей пленке, находящейся в резистивном состоянии" // Письма в ЖЭТФ. 1981. Т. 34. Вып. 5. С. 281285.

23. Е. М. Гершензон, М. Е. Гершензон, Г. Н. Гольцман, А. Д. Семенов, А. В. Сергеев, "Разогрев электронов в резистивном состоянии сверхпроводника под действием электромагнитного излучения"//ЖЭТФ. 1984. Т. 86. Вып. 2. С. 758-774.

24. Е. М. Гершензон, М. Е. Гершензон, Г. Н. Гольцман, А. Д. Семенов, А. В. Сергеев, "Неселективное воздействие электромагнитного излучения насверхпроводящую пленку в резистивном состоянии" //

25. Письма в ЖЭТФ. 1982. Т. 36. Вып. 7. С. 241-244.

26. В. Karasik, В. Delaet, W.R. McGrath, J. Wei, M. Gershenson, A. Sergeev, "Experimental Study of Superconducting Hot-Electron Sensors for Submm Astronomy, " IEEE Trans. Appl. Supercond., 13(2), pp. 188-191, June 2003.

27. D.Prober, "Superconducting terahertz mixer using a transition-edge microbolometer" Appl.Phys.Lett. 62(17), 2119, 1993.

28. A. Skalare, W. R. McGrath, B. Bumble, H. G. LeDuc, P. Burke, A. Verheijen, R. Schoelkopf, D. Prober, "Large bandwidth and low noise in a diffusion-cooled hot-electron bolometer mixer", Appl.Phys.Lett. 68, 1558, 1996

29. P.J. Burke, R.J. Scholelkopf, D.E. Prober, A. Skalare, B.S.Karasik, M.C.Gaidis, W.R. McGrath, B. Bumble, and H.G. LeDuc, J.Appl.Phys. 85 (3), p. 1644,1999.

30. E.M.Gershenzon, G.N.GoPtsman, A.I.Elant'ev, B.S.Karasik, and S.E.Potoskuev, f'Intense Electromagnetic Radiation Heating of Electrons of a Superconductor in the Resistive State," Sov. J. Temp. Phys., 14(7), 414-420, 1988.

31. Mark Lee, L.N.Pfeifer, K.W.West and K.W.Baldwin "Wide bandwidth millimeter wave mixer using a diffusion cooled two-dimensional electron gas", Appl.Phys.Lett.^ v.78, no 19, pp.2888-2890, (2001).

32. Dumpke W.P., Woodall J.M., Rideout V.L. "GaAs-AlGaAs Heterojunction Transistor for High Frequency Operation", Solid State Electron, v. 15, pp. 1339-1343,(1972).

33. McLevide W.V., Yuan H.T., Duncan W.M., Frensley W.R., Doerbeck F.H.,

34. Morkoc H., Drummond T.J. "GaAs/AlGaAs Heterojunction Bipolar *

35. Transistors for Integrated Circuit Applications", IEEE Electron Device Lett., v.EDL-3, pp.43-45, (1982).

36. Dingle R., Stormer H.L.,Gossard A.C., Wiegmann W. "Electron mobility in modulation-doped semiconductor heterojunction superlattices", Appl.Phys.Lett., v.33, pp.665-667, (1978).

37. Delagebeaudeuf D., Delescluse P., Etienne P., Lavirov M., Chaplart J.,Linh N.T. "Two-dimensional Electron Gas M.E.S.F.E.T. Structure", Electron.Lett., v.16, pp.667-668, (1980).

38. Casey H.C.Jr., Panish M.B. "Heterostrueture Lasers", Part A: "Fundamental Principles", 272p., Academic Press, New York, (1978).

39. Cho A.Y., Dunn C.N.,Kuvas R.L., Schroeder W.E. "GaAs IMPATT diodes repaired by molecular beam epitaxy", Appl.Phys.Lett., v.25, pp.224, (1974).

40. Огрин Ю.Ф., Луцкий B.H., Елинсон М.И. "О наблюдении вантовых размерных эффектов в тонких пленках висмута", Письма в ЖЭТФ, т.З, с.114-118, (1966).

41. Луцкий В.Н., Корнеев В.Н., Елинсон М.И. " О наблюдении вантовых размерных эффектов в пленках висмута методом туннельной спектроскопии", Письма в ЖЭТФ, т.4, с.267-270, (1966).

42. Fowler A., Fang F., Howard F., Stiles P. "Magneto-Oscillatory Conductance in Silicon Surfaces", Phys.Rev.Lett., v.16, pp.901-903, (1966).

43. K.S.Hong, P.F.Marsh, G.I.Ng, D.Pavlidis, and C.H.Hong, "Optimization of MOVPE Grown InxAl|.x/In0.53Ga0.47As Planar Heteroepitaxial Schottky Diodes for Terahertz Applications," IEEE Trans. Electron Devices, ED-41, pp. 14891497, 1994.

44. G.Chin, "Optically Pumped Submillimeter Diodes Heterodyne receivers: Astrophysical Observations and Recent Technical Developments." Proc. IEEE, 80, pp.1788-1799.

45. N.R.Erickson, "Low noise Submillimeter receivers Using Single-Diode Harmonic Mixers." Proc. IEEE, 80, pp. 1721-1728, 1992.

46. J.R.Tucker, "Quantum limited detection in tunnel junction mixers", IEEE J.Quantum Electron., v. 15, p. 1234, 1979

47. J.R.Tucker and M.J.Feldman, "Quantum detection at millimeter wavelength", Rev. Mod. Phys.,v.57, p. 1055, 1985

48. A.R.Kerr, "Sorpe Fundamental and Practical Limitations on Broad-Band Matching to Capacitive Devices, and the Implications for SIS Mixer Design," IEEE Trans. Microwave. Theory Tech., 43, pp. 2-13, 1995.

49. C.Y.E. Tong, R.Blundell, B. Bumble, J. Stern, II. Leduc," Sub-mm distributed quasipartical receiveremploying a non-linear transmission line," Proc. 7th Int.

50. Symp. on Space Terahertz Technology, p.47, Charlottesville,1. Virginia, USA, March 1996

51. A. Karpov, J. Blondel, M.Voss, and K.Gundlach", IEEE Trans. Appl. Supercond., v.9, p.4456, 1999.

52. G. Chattopadhyay, F. Rice, D. Miller, H.G. LeDuc, and J. Zmuidzinas,"A 530GHz Balanced Mixer," IEEE Microwave and Guided Wave Lett., vol. 9, no. 11, pp.467-469, Nov. 1999.

53. M.J. Wengler, "Submillimeter-Wave Detection with Superconducting Tunnel Diodes", Proc. of the IEEE, v.80, n.l 1, 1992

54. G.de Lange, J.J. Kuipers, T.M. Klapwijk et al., J. Appl. Phys., vol. 77, p. 1795, 1995.

55. G.de Lange et al, "Development of a 170-210 GHz 3x3 micromashined SISlbimaging array", Proc. 8 Int. Symp. on Space Terahertz Technology, p.518,

56. Harvard University, USA, March 1997

57. Belitsky V., Tarasov M.A., "SIS Junction Reactance Complete Compensation", IEEE Trans, on Magnetic, , MAG- 27, v. 2, pt. 4, pp. 26382641, 1991.

58. V.Yu.Belitsky, E.L.Kollberg, "Tuning circuit for NbN SIS mixer", Proc. 7th Int. Symp. on Space Terahertz Technology, p.234, Charlottesville, Virginia, USA, March 19%

59. C.Y.E. Tong, L. Chen, and R. Blundell, "Theory of Distributed Mixing and Amplification in a Superconducting Quasi-Particle Nonlinear Transmission Line," IEEE Trans, on MTT., v. 45, num.7, pp. 1086-1092, 1997.

60. M.J.Feldman and S.Rudner, "Mixing with SIS arrays", Reviews of IR and MM Waves, K.J.Button, Ed. N.York, Plenum, p.47, 1983

61. S.Shitov, M. Levitchev, A. Veretennikov, V. Koshelets et al, "Superconducting integrated receiver as 400-600 GHz tester for coolable device", IEEE Trans. Appl. Supercond., 11, n.l, pp. 832-835, 2001

62. H.van de Stadt et al, "An improved ITHz waveguide mixer", Proc. 7th Int. Symp. on Space Terahertz Technology, p.536, Charlottesville, Virginia, USA, March 1996

63. J.R.Gao et al, "Fabrication of Nb-SIS mixers with UHV evaporated Al strip lines", Proc. 7th Int. Symp. on Space Terahertz Technology, p.538, Charlottesville, Virginia, USA, March 1996

64. H.G.LeDuc et al, "Submicron-area NbN/MgO/NbN tunnel junctions for SIS mixer applications", IEEE Trans.Magn., 27, p.3192, 1991

65. A. Karpov, D. Miller , F. Rice, J. Zmuidzinas et al.," Low noise 1.2 THz SIS receiver", Proc. 12th Int. Symp. on Space Terahertz Technology, p.21, San Diego, С A, USA, 2001.

66. F. Arams, C. Allen, B. Beyton, E. Sard, "Millimeter mixing and detection in bulk InSb", Proc. IEEE, vol. 54, pp. 308-318, 1966

67. E. H. Putley, "Impurity Photocondactivity in n-type InSb", Proc. Phys. Soc., , vol.76, p. 802, 1960

68. B.L.Altshuler and A.G.Aronov, in Modern Problems in Condenced matter Science, North-Holland Pub. Co. Amsterdam-NY, 1985.

69. W.H.Parker, Phys.Rev. В 12, 3667, 1975.

70. N.Perrin and C.Vanneste, "Dynamic behavior of a superconductor under time-dependent external excitation", J.Physique. 48, 1311 (1987).

71. Sergeev A.V., Reizer M.Yu. Photoresponse mechanisms of thin superconducting films and superconducting detectors. //Int. Journ. Modern Phys. B. 1996. V10. №6. P.635-667.

72. E.M.Gershenzon, M.E.Gershenzon, G.N.Gol'tsman, A.M.Lyul'kin, A.D.Semenov, "Electron-phonon interaction in ultrathin Nb films", Sov.J.JETP, v.70, pp.505-511, 1990.

73. Yu.P.Gousev, G.N.Gol'tsman, A.D.Semenov, E.M.Gershenzon, R.S.Nebosis, M.A.Heusinger, and K.F.Renk, "Broadband ultrafast superconducting NbN detector for electromagnetic radiation", J.Appl.Phys., v.75, pp.3695-3697, 1994.

74. A.Rothwarf and B.N.Taylor, Phys.Rev.Lett. 19, 27, 1967.

75. S.B.Kaplan, "Acoustic matching of superconducting films to substrates", J. Low.Temp.Phys., v.37, pp.343-365, 1979

76. S. Cherednichenko et al., Int. Symp. on Space THz Technology, Cambridge, USA, 245, (1997).

77. J.W.Bremer, and V.E. Newhouse, Phys.Rev. Lett.,уol.l, p. 282, 1958.

78. W.J. Skocpol, M.R. Beasley, and M. Tinkham, J. Appl. Phys., vol.45, p.4054, 1974.

79. D. W. Floet, E. Miedema, Т. M. Klapwijk, J. R. Gao, "Hotspot mixing: a framework for heterodyne mixing in superconducting hot electron bolometers", Appl. Phys. Lett. 74, 433 (1999).

80. D. W. Floet, Т. M. Klapwijk, J. R. Gao, P. A. J. De Krote, "Bias dependence of the thermal time constant in diffusion-cooled hot electron bolometer mixers, Appl. Phys. Lett. 77, 1719 (2000)

81. H. Merkel, P. Khosropanah, D. W. Floet, P.Yagoubov et al.,"Conversion gain and fluctuation noise of phonon-cooled HEB in hot-spot model," IEEE Trans, on MTT., v. 48, no.4, pp. 690-699, 2000.

82. A. Semenov, and H.-W. Huebers, "Bandwidth of Hot Electron Bolometer Mixer according to the Hot Spot Model," IEEE Trans. Appl. Supercond., vol.11, no. 1, p. 196, 2001.

83. J. Mather, "Electrical self-heating calibration of nonideal bolometers," Appl. Optics., vol. 23, no. 18, pp. 3181-3183, Sept. 1984.

84. В. Karasik and A. Elantiev, "Analysis of the noiseperformance of a hoh-electron superconducting bolometer mixer," in Proc. 6th *1.t. Symp. on Space THz Technology, USA, 1995, pp. 229-246.

85. S. Cherednichenko et al., 8th Int. Symp. on Space THz Technology, Cambridge, USA, 245, 1997.

86. H.Ekstrom, B.Karasik, E.Kollberg, and S.K.Yngvesson, "Conversion Gain and Noise of Nb Superconducting Hot Electron Mixers," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 43, pp. 938-947, 1995.

87. G.N. Gol'tsman, B.S. Karasik, O.V. Okunev, A.L. Dzardanov, E.M. Gershenzon, H. Ekstrom, S. Jacobsson, E. Kollberg, IEEE Trans, on Appl. Supercond 5, 3065 (1995).

88. B.S. Karasik and A.I. Elantiev, Appl Phys. Lett. 68, 853 (1996).

89. H.Ekstrom, B.S.Karasik, "Electron temperature fluctuation noise in hot-electron superconducting mixers", Appl.Phys.Lett. 66, 3212 (1995).

90. E.Tong, J.Kawamura, T.Hunter, D.Papa, R.Blundell, F.Patt, G.Gol'tsman,

91. E.Gershenzon, "Successful Operation of a 1 THz NbN Hot-Electron t

92. Bolometer Receiver," Proc.of 11th of Space Terahertz Technology, p.49-59, Ann Arbor, MI, USA, 2000.

93. J.Kawamura, T. R. Hunter, C.-Y. Edward Tong, R. Blundell, D. C. Papa, W. Peters, T. Wilson, C. Henkel, G. Gol'tsman, E. Gershenzon, "Ground-based terahertz CO spectroscopy towards Orion", A&A 394, 271-274 (2002)

94. J. Shubert, A. Semenov, H.-W. Hubers wt al.," Noise temperature and sensitivity of NbN Hot-electron mixer at frequencies from 0.7 THz to 5.2 THz," Proc.of 10th of Space Terahertz Technology, pp.190-199, Charlottesville, VI, USA, 1999.

95. A. Semenov, G.N. Gol'tsman, R. Sobolewski, "Hot-Electron Effect in Superconductors and Its Applications for Radiation Sensors", LLE Review, V 87, pp 134-152,2002.

96. H. Eksrom, S. Gearhart, P.R. Acharya, G. M.Rebeiz, E. Kollberg, and S. Yacobsson, "348-GHz endfire slotline antennas on hin dielectric membranes", IEEE Microwave Guided Wave Lett., vol.2, pp. 357-358, 1992.

97. P.R. Acharya, J.F.Johansson, E. Kollberg, "Slotline antennas for millimeter and submillimeter wavelength", presented at 20th European Microwave Conf., 1990.

98. P.R. Acharya, H. Eksrom, S. Gearhart, S. Yacobsson, J.F.Johansson, E. Kollberg, and G. M.Rebeiz "Tapered slotline antennas at 802 GHz", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 41, pp. 1715-1719, 1993.

99. K.S. Yngvesson, T.L. Korzeniowski, Y.S.Kim, E.L. Kollberg, and J.F. Johansson, "The tapered slot antenna:- A new integrated element for millimeter-wave applications", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 37, pp. 365-374, 1989.

100. D.F. Filipovic, S.S. Gearhart, G. M.Rebeiz, "Double-slot antennas on extended hemispherical and elliptical silicon dielectric lenses", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 41, pp. 1738-1749, 1993.

101. Т.Н. Buttgenbach, "An improve solution for integrated array optics in quasi-optical MM and SubMM receivers: the Hybrid Antenna", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 41, pp. 1750-1761, 1993.

102. Д.Н.Сазонов, "Антенны и устройства СВЧ", Москва, Высшая школа,1981.

103. С.А. Balanis, "Antenna Theory: Analysis and Design", New York, Wiley,1982.

104. Kraus, "Antennas", Second Edition, McGraw Hill series in electrical engineering, 1988.

105. Batey J., Wright S.L., Di Maria D.J., " Energy Band-Gap Discontinuities int

106. GaAs (Al,Ga) As Heterojunstions", Journal of Applied Physics, v.52, B2, pp.484-487, (1985).

107. Pollmann I. and Mazur A., "Theory of Semiconductor Heterojunstions", Thin Solid Films, v. 104, pp. 257-276, (1983).

108. T.Ando, A.B.Fowler, F.Stern "Electronic properties of two-dimentional systems", Rev. Mod. Phys.,V.54, No.2, (1982).

109. В.Ф.Гантмахер, И.Б.Левинсон "Рассеяние носителей тока в металлах и полупроводниках", "Наука", Москва, (1984).

110. P.J.Price, "Electron transport in polar heterolayers", Surf.Sci., v. 113, p. 199-210,(1982).

111. P.J.Price, "Low ^temperature two dimensional mobility of a GaAs heterolayer", Surf. Sci, v. 143, p. 145-156, (1984).

112. P.J.Price, "Hot electron in GaAs heterolayer at low temperature", J.Appl.Phys., v.53, 10, pp.6863-6866, (1982).

113. C.Weisbuch, B.Vinter "Quantum semicomductor structures: Fundamentals and applications", edited by Academic Press, Inc. Harcourt Brace Jovanovich, Printed in the USA, pp. 19-21, (1991).

114. J.J.Harris, J.A.Pals and R.Woltjer, "Electronic transport in low-dimensional structures", Rep.Prog.Phys., 52, pp. 1217-1266, (1989), Printed in the UK.

115. Y.Ma, R.Fletcher, and E.Zaremba, M.D'Iorio, C.T.Foxon and J.J.Harris "Energy-loss rates of Two-dimensional electrons at a GaAs/AlxGa,.xAs interface", Phys.Rev. B, v. 43, pp. 9033-9044, (1991).

116. H.Sakaki, K.Hirakawa, J.Yoshino et.al., "Effects of electron heating on the two dimensional magnetotransport in AIGaAs/GaAs heterostructures", Surf.Sci. 142, pp.306-313, (1984).

117. K.Hirakawa, H.Sakaki "Energy relaxation of two-dimensional electrons and the deformation potential constant in selectivety doped AIGaAs/GaAs heterojunctions", Appl.Phys.Lett., v. 49(4), pp.889-891, (1986).

118. М.Г.Блюмина, А.Г.Денисов, Т.А.Полянская, И.Г.Савельев, А.П.Сеничкин, Ю.В.Шмарцев "Энергетическая релаксация двумерных электронов на гетерогранице AIGaAs/GaAs", Письма в ЖЭТФ, т.44, вып.5, с.257-260, (1986).

119. U.Hohenester, P.Supancic and P.Kocevar, X.Q.Zhou, W.Kutt and H.Kurz "Subpicosecond thermalization and relaxation of highly photoexcited electrons and holes in intrinsic and p-type GaAs and InP", Phys.Rev.B, v.47, pp. 13233-13245,(1993).

120. G.Bauer and H.Kahlert "Low-Temperature Non-Ohmic Galvanomagnetic Effects in Degenerate n-Type InAs", Phys.Rev.B, v.5, pp.566-579, (1972).

121. С.С.Мурзин, В.Т.Долгополов "Нагрев и время релаксации по энергии электронов и дырок в висмуте", ЖЭТФ, т.79, с.2282-2290, (1980).

122. В.Т.Долгополов, А.А.Шашкин, С.И.Дорожкин, Е.А.Выродов "Время энергетической релаксации в двумерном электронном газе у поверхности (001) кремния", ЖЭТФ, т.89, с.2113-2122, (1985).

123. Tsui D.C., Strormer H.L., Gossard A.C. "Two-Dimensional Magnetotransport in the Extreme Quantum Limit", Phys. Rev. Letters, v.48, 1559-1562, (1982).

124. В.М.Пудалов "Квантовый эффект Холла: глобальная картина явления", Природа, №2, с. 16-28, (1999).

125. Е.Н.Бормонтов' "Квантовый эффект Холла", Соросовский образовательный журнал, №9, с.81-87, (1999).

126. Рашба Э.И., Тимофеев В.Б. "Квантовый эффект Холла", ФТП, т.20, с.977-1024,(1986).

127. D.R.Leadley, R.J.Nicholas, J.J.Harris and C.T.Foxon "Cyclotron phonon emission and electon energy loss rates in GaAs-AlGaAs heterojunctions", Semicond.Sci.Technol., v.4, pp.879-884, (1989).

128. A.J.Kent, R.E.Strickland, K.R.Stpickland, and M.Henini "Photoconductivity measurement of the phonon absorption by a two-dimensional hole das in a GaAs heterojunction", Phys Rev B, v.54, pp.2019-2026, (1996).

129. H.A.J.M.Reinen, T.T.J.M.Berendschot, R.J.H.Kappert, H.J.A.Bluyssen "Electron-Phonon Interaction of a Two-Dimensional Electron Gas in a Strong Magnetic Field", Sol. St. Com., v.65, pp.l495-1499, (1988).

130. G.A.Toombs, F.W.Sheard, D.Neilson and L.J.Challis "Phonon Emission by a Hot Two-Dimensional Electron Gas in a Quantizing Magnetic Field", Sol. St. Com., v.64, pp.577-581, (1987).

131. F.Dietzel, W.Dietsche, K.Ploog "Electron-phonon interaction in the quantum Hall affect regime", Phys. Rev. B, v.48, pp.4713-4720, (1993).

132. K.Benedict "The frequency spectrum of phonon emission from a heated two-dimensional electron gas in a strong magnetic field", J. Phys. Condens Matter, v.4, pp.4083-4088, (1992).

133. B.R.A.Neves, N.Mori, P.H.Beton, L.Eaves, J.Wang, and M.Henini "Landau-level populations and slow energy relaxation of a two-dimensional electron gas probed by tunneling spectroscopy", Phys Rev B, v.52, pp.4666-4669, (1995).

134. D.K. Schroder, "Semiconductors materials and device characterisation," John Willey, NY, 1990.

135. M. Kroug, "Hot Electron Bolometric Mixers for a quasi-optical terahertz receiver", Ph.D. thesis, Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden, 2001.

136. G.K. Reeves, and H.B. Harrison, IEEE Electron Device Lett., EDL-3, p.lll, 1982.

137. R. Blundell, and C.Y-.E. Tong, "Understanding noise in SIS mixers," Int. Jour. Of Infrared optics and mmwave, 1991.

138. Е.М.Гершензон, Г.Н.Гольцман, Ю.П.Гусев, А.Д.Семенов, "Неравновесный отклик тонких пленок NbN на излучение миллиметрового и оптического диапазонов

139. A.D. Semenov, R.S. Nebosis, Yu.P. Gousev, M.A. Heusinger, and K.F. Renk, Phys. Rev. B52,'581 (1995).

140. Н.М.Гродненский, К.В.Старетин, Д.В.Галченков "Отрицательная фотопроводимость двумерных электронов в полупроводниковых гетероструктурах", Письма ЖЭТФ 43, 54-56, (1986).