Эффект однофотонного детектирования оптического и ИК излучений в тонких сверхпроводящих NbN пленках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

Глава I. ВОЗДЕЙСТВИЕ ОПТИЧЕСКОГО И ИК ИЗЛУЧЕНИЯ НА ТОНКИЕ СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ ПЛЁНКИ.

1.1 Образование «горячего пятна» при поглощении кванта РЖ излучения тонкими сверхпроводящими плёнками NbN.

1.2 Воздействие электрического тока на локальные возбуждения сверхпроводящего состояния в узких мостиках.

1.3 Однофотонный детектор на фотоиндуцированных центрах проскальзывания фазы.

Глава II. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Технология изготовления и методы отбора исследуемых образцов.

2.2 Экспериментальная установка.

2.3 Методы измерения основных характеристик однофотонных детекторов.

Глава III. КВАНТОВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОДНОФОТОННОГО СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ДЕТЕКТОРА НА ОСНОВЕ ТОНКОЙ NbN ПЛЁНКИ.

3.1 Эффект однофотонного детектирования оптического и ИК излучений в тонких сверхпроводящих NbN плёнках. Однофотонный и многофотонный процессы детектирования.

3.2 Исследование зависимости квантовой эффективности от величины рабочего тока.

3.3 Исследование зависимости квантовой эффективности от геометрических размеров однофотонного детектора.

3.4 Исследование спектральной зависимости квантовой эффективности. Оценка границы частотного диапазона чувствительности сверхпроводящего однофотонного NbN детектора.

Выводы

Глава IV. БЫСТРОДЕЙСТВИЕ ОДНОФОТОННОГО СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ДЕТЕКТОРА НА ОСНОВЕ ТОНКОЙ NbN ПЛЁНКИ.

4.1 Величина и форма импульса однофотонного сверхпроводящего детектора на основе тонкой NbN плёнки.

4.2 Исследование задержки отклика однофотонного сверхпроводящего детектора на основе тонкой NbN плёнки после поглощение кванта света.

Развитие инфракрасной техники привело к появлению нового класса приборов - однофотонных детекторов излучения ИК диапазона. Они используются для регистрации сверхмалых потоков излучения, исходящих либо от удалённых объектов, например, в астрономических наблюдениях, либо от тел микронных и субмикронных размеров [1,2,3]. Кроме того, в последние годы возрос интерес к исследованию и конструированию схем обработки и передачи информации квантовыми устройствами (квантовые компьютеры и квантовокриптографические каналы связи) [4-8]. Открытие и множество разработок полупроводниковых одноквантовых генераторов на квантовых точках, например [9-11], генераторов фотонных пар [12,13] придали новый импульс работам в этом направлении. Однофотонные детекторы являются необходимым элементом подобных систем. Ещё одно направление, требующее использования однофотонных детекторов — обнаружение не только слабых, но и быстропротекающих процессов по их неравновесному ИК излучению. Такое излучение, например, возникает при срабатывании каждого транзистора интегральной микросхемы, выполненной по КМОП технологии [14,15]. В течение времени переключения полевого транзистора - от Юпс до ЮОпс, испускается всего несколько квантов света. Максимум спектральной плотности излучения после прохождения через Si подложку микросхемы приходится на длину волны 1,3мкм и наблюдается тенденция к его смещению в область больших длин волн для новых микропроцессорных структур. Один из современных методов тестирования микросхем основан на изучении интенсивности и точного определения времени возникновения излучения, исходящего от каждого отдельного транзистора [16,17]. Перечисленные применения требуют предельных характеристик работы однофотонных детекторов, прежде всего высокой чувствительности к излучению, высокого быстродействия, а также высокой точности в определении момента прихода фотона.

Исторически однофотонные детекторы ИК диапазона появились путём продвижения техники одноквантового детектирования видимого и ультрафиолетового диапазонов в длинноволновую область спектра. Поэтому первыми и до настоящего времени широко используемыми приборами являются фотоэлектронные умножители, модифицированные для работы в ИК диапазоне [1,18]. Обладая высокой чувствительностью к видимому свету, они снижают эту характеристику в 103-104 раз, работая в диапазоне 1,3-1,5мкм. Точность в определении момента прихода светового кванта в лучшем случае достигает 150пс. Время восстановления фотоэлектронного умножителя после приёма очередного оптического импульса около 100нс [1].

В качестве быстродействующих линейных детекторов ИК излучения давно используются кремниевые лавинные фотодиоды (ЛФД). При изменении конструкции с целью повышения квантового выхода, лавинный фотодиод переводят в режим счётчика одиночных фотонов [19,20]. К сожалению, рост квантового выхода сопровождается снижением быстродействия детектора до величины около 200нс [19]. Красная граница чувствительности кремниевых ЛФД определяется шириной запрещённой зоны в кремнии и находится вблизи 1мкм.

Помимо модификаций традиционных типов однофотонных детекторов активно ведутся поиски новых принципов однофотонного детектирования. В счётчиках фотонов видимого света (VLPC) для усиления фотоотклика используется пробой мелкой примеси в легированном слое кремния [21-23]. Пробой инициируется попаданием в легированную область носителя заряда фотоиндуцированного в нелегированном слое полупроводника. Полученная квантовая эффективность оказался выше, чем в кремниевых ЛФД.

Для работы в диапазоне более длинных волн создаются ЛФД на основе Ge [24-26] и узкозонного тройного соединения InGaAs [27,28]. Вместе с повышением квантовой эффективности в этих детекторах возрастает уровень спонтанных срабатываний прибора в отсутствие излучения, что является серьёзным препятствием в получении высокой чувствительности. Время восстановления варьируется от нескольких единиц до сотен наносекунд.

Для полноты картины следует сказать, что в последние годы появились разработки полупроводниковых однофотонных детекторов в дальней инфракрасной области спектра на основе квантовых точек, образующихся в двумерном слое GaAs/AlGaAs [29-31]. Приборы охлаждаются до сверхнизких температур (ниже 0,1 К). Лавинное размножение числа свободных носителей заряда возникает после поглощения фотона с энергией соответствующей переходу между уровнями размерного квантования. Эти приборы интересны тем, что работают в диапазоне длин волн выше ЮОмкм, недоступном другим детекторам. Но сложные технические условия работы и крайне продолжительное время восстановления, около 1мс, сильно ограничивают возможную область их применения.

В Таблице 1 (строки 1-4) приведены основные характеристики лучших коммерческих однофотонных детекторов излучения на длине волны 1,3мкм. Скорость счёта детектора зависит от быстродействия протекающих в нём физических процессов. Её отношение к количеству самопроизвольных срабатываний (темновому счёту - DC) определяет динамический диапазон детектора. Динамический диапазон - это ключевая характеристика однофотонных приёмников для работы в телекоммуникационных системах, т.к. она прямо влияет на количество ошибок, возникающих при передаче и обработке информации. Кроме того, скорость счёта влияет на возможность регистрации часто повторяющихся процессов, например, срабатывание ключей микросхем, происходящее с частотой до нескольких ГГц. Другая характеристика однофотонного детектора - квантовая эффективность (QE). Она определяет чувствительность приёмника и равна вероятности возникновения отклика при попадании фотона на рабочую поверхность детектора. Временная нестабильность отклика детектора - джиттер - приведён в третьей графе. Джиттер практически указывает на точность, с которой можно определить момент поглощения фотона. Например, в современных микросхемах время срабатывания ключей следует контролировать по их излучению с точностью ~ Юпс.

Таблица 1.

Вид детектора скорость счёта, с*1 QE, % джиттер » ПС DC, с1

1 FPD5W1KS InGaAs APD (Fujitsu) Г271 5.0-106 16 200 500

2 R5509-42 STOP РМТ (Hamamatsu) 9.0-106 0.1 150 2.0-10 4

3 Si APD SPCM -AQR-16 (EG&G) 5.0-106 0.01 350 25

4 Mepsicron II PMT (Quantar Tech.Inc) 1.0-106 0.001 100 0.1

5 STJ [34] 5.0-103 60 -

6 NbN однофотонный детектор (настоящая работа) 3.0-109 5 35 <1

Приведённые в Таблице 1 значения параметров показывают, что характеристики существующих однофотонных детекторов не полностью отвечают современным практическим потребностям. Поэтому поиск новых физических принципов однофотонного детектирования и разработка на их основе новых типов однофотонных детекторов ИК диапазона является актуальной и практически значимой задачей.

Принцип действия перечисленных однофотонных детекторов основан на лавинном размножении свободных носителей заряда в результате каскадной ударной ионизации, вызванной либо внешним, либо внутренним фотоэффектом. На ином принципе осуществляется работа детекторов из сверхпроводящих материалов. Энергия ИК фотона в сотни раз превосходит энергетическую щель в сверхпроводнике, поэтому его поглощение сопровождается повышением концентрации квазичастиц. До настоящего времени зарегистрировать повышение концентрации квазичастиц при поглощении одного фотона удавалось только в неоднородностях сверхпроводящих плёнок, например, по эффектам связанным со слабой сверхпроводимостью [32-34]. В работах [35-39] поглощение кванта ИК излучения регистрировалось по изменению электрического тока сверхпроводящего туннельного контакта (STJ). Эти детекторы требуют глубокого охлаждения до температуры около 1К. Время восстановления составляет несколько микросекунд (строка 5 Таблицы 1). В сложившейся ситуации актуальным является экспериментальное исследование возможностей однофотонного детектирования в однородных сверхпроводящих плёнках.

В настоящей работе обнаружен новый эффект однофотонного детектирования в тонких сверхпроводящих плёнках, возникающий в однородных, узких плёнках - мостиках в условиях протекания электрического тока близкого к критическому току распаривания. На основе этого эффекта предложен новый тип однофотонного детектора оптического и ИК диапазонов [40,41]. Характеристики детектора, достигнутые в настоящее время, указаны в последней строке Таблицы 1.

При выборе объекта исследования, принималось во внимание то обстоятельство, что наибольший квантовый выход, т.е. количество квазичастиц, образующееся после поглощения фотона сверхпроводящей плёнкой, имеют приборы, в которых тсс<те, где тее - время электрон-электронного неупругого рассеяния, а те - время релаксации энергии электронов. В этом случае вся энергия поглощённого излучения сначала распределится только по электронной подсистеме. В достаточно тонких плёнках наблюдается явление электронного разогрева, когда между электронной и фононной подсистемами не устанавливается термодинамического равновесия [42-48]. Это возникает, если tes<tphe, где tcs - время ухода энергичных фононов из плёнки, a tphc - время неупругого рассеяния фононов на электронах. При электронном разогреве отсутствуют энергетические потери на болометрический нагрев плёнки в целом, и быстродействие прибора полностью определяет величина терь. Реализация обоих из перечисленных условий приводит к высокой чувствительности приёмников с одновременным повышением их быстродействия [51-57].

В работах [58-59] исследовались отклики фотодетекторов из тонких сверхпроводящих NbN плёнок на воздействие импульсного излучения ближнего ИК диапазона. Выбор материала обусловлен тем, что при температурах ниже температуры сверхпроводящего перехода в тонких плёнках неупорядоченных сверхпроводников, к которым относится NbN, за счёт интенсивного примесного рассеяния происходит усиление электрон-электронного рассеяния [49] и существенное ослабление неупругого электрон-фононного [50]. Исследование релаксации проводимости тонких плёнок NbN в резистивном состоянии [52] показало, что даже при хорошем акустическом согласовании материалов плёнки и подложки электронный разогрев наблюдается в плёнках NbN с толщиной не более 40нм. Длительность отклика фотодетектора из сверхпроводящей NbN плёнки толщиной менее Юнм на оптические импульсы оказалась короче ЗОпс, что раскрывает широкие возможности для его практического применения. Но при поглощении одного фотона возникает нагрев электронов в небольшой области плёнки, с размерами гораздо меньшими размеров самой структуры, что не приводит к возникновению сопротивления фотодетектора. Переход всей плёнки из сверхпроводящего состояния в нормальное требует значительного потока излучения.

В настоящей работе предложено изготавливать детектор в виде полоски субмикронной ширины из тонкой сверхпроводящей NbN плёнки. При поглощении в плёнке светового кванта образуется «горячее пятно» [60]. Диаметр "горячего пятна" столь мал, что современными технологическими средствами невозможно изготовить сверхпроводящую полоску равных ему поперечных размеров с удовлетворительными физическими характеристиками. Поэтому вдоль сверхпроводника предлагается пропускать электрический ток близкий к току распаривания. Квант света воздействует на плёнку, находящуюся около неустойчивой точки перехода, когда небольшое внешнее возмущение способно привести к заметным изменениям в системе квазичастиц и сверхпроводящего конденсата.

Целью диссертационной работы являлось исследование воздействия одиночных фотонов оптического и ИК излучений на тонкие однородные сверхпроводящие плёнки и определение возможностей однофотонного детектирования. Исследование механизма возникновения электрического сигнала при поглощении фотона и определение физических характеристик отклика. Исследование влияния геометрии структур и физических условий наблюдения на квантовую эффективность образцов детектора, форму, длительность и временную нестабильность отклика (джиттер).

В качестве объекта исследования выбраны сверхпроводящие полоски шириной от 150нм до 200нм, изготовленные методом электроннолучевой литографии из NbN плёнок толщиной от 3,5нм до 20нм. Плёнки наносились на сапфировую или кремниевую подложки методом магнетронного распыления Nb в газовой смеси N2 и Аг. Полоски изготавливались в виде отдельных мостиков, а также меандров, покрывающих площадку 4х4мкм2 или ЮхЮмкм2.

Предмет работы включает в себя: разработку и изготовление экспериментальной установки с временным разрешением до Юпс на основе импульсного лазера ИК диапазона для измерения характеристик однофотонных детекторов. обнаружение эффекта однофотонного детектирования в тонких сверхпроводящих NbN плёнках. Исследование условий его возникновения и характер перехода от многофотонного к однофотонному процессу детектирования. измерение квантовой эффективности исследуемых структур в зависимости от тока смещения, длины волны излучения и геометрических размеров приёмных элементов. изучение формы электрических импульсов, вырабатываемых детектором, задержки отклика и джиттер. сравнение полученных экспериментальных результатов с модельными теоретическими расчётами.

Особенностью методик исследования однофотонных процессов является статистический характер измеряемых величин. Излучение импульсного GaAs лазера, подаваемое на детектор, ослаблялось набором ИК фильтров настолько, чтобы большая часть дошедших до приёмника оптических импульсов содержала только один квант световой энергии, что позволяло изучать процессы однофотонного детектирования. В этом случае вероятность попадания на приёмный элемент фотонов в момент срабатывания лазера была много меньше единицы. Квантовая эффективность определялась по зависимости вероятности появления отклика от величины средней энергии импульсного излучения, при его ослаблении до величины меньшей энергии одного светового кванта. Характер зависимости позволял разделять однофотонные и многофотонные процессы детектирования. Статистический характер имеют и другие наблюдаемые величины: длительность отклика и его задержка.

В процессе работы были получены следующие новые научные результаты:

Впервые обнаружен и исследован эффект однофотонного детектирования света видимого и ИК диапазонов структурами субмикронных размеров, изготовленными из тонких сверхпроводящих плёнок, в условии протекания через них тока близкого к критическому току распаривания.

Определены условия наблюдения эффекта однофотонного детектирования. Этот эффект наблюдался в узких, шириной 150нм - 200нм однородных сверхпроводящих полосках - мостиках, изготовленных на основе тонких, толщиной менее 20нм, NbN плёнок и охлаждённых ниже критической температуры сверхпроводящего перехода. Необходимым условием возникновения эффекта однофотонного детектирования является пропускание по сверхпроводящему мостику тока смещения близкого к току распаривания. В исследованных структурах ток смещения отличался от критического тока не более, чем на 20% для образцов толщиной 3,5нм и на 10% для образцов толщиной Юнм.

Получены спектральные зависимости квантовой эффективности сверхпроводящих однофотонных детекторов на основе NbN плёнки. Обнаружено, что в диапазоне длин волн от 0,8мкм до Змкм квантовая эффективность спадает с длиной волны по экспоненциальному закону. Коэффициент в показателе экспоненты зависит от толщины плёнки. Для исследованных структур толщиной Юнм он составил 4,2мкм"\ а при толщине 3,5нм - 2,7мкм"1.

Обнаружена зависимость квантовая эффективность сверхпроводящих однофотонных детекторов от толщины плёнки. Для длины волны 0,85мкм достигнутые в работе квантовые эффективности детекторов из плёнки толщиной 3,5нм составляли 1%+5%, а при толщине Юнм - 0,05%+0,3%. В детекторах из плёнки толщиной более 20нм однофотонный режим работы в

ИК диапазоне не наблюдался. Показано, что существенным фактором, определяющим величину квантовой эффективности, является однородность сверхпроводящей полоски по длине детектора.

Исследована форма и длительность отклика сверхпроводящего однофотонного детектора на поглощение фотона. Форма и длительность импульса напряжения, вырабатываемого детектором, не зависят от энергии поглощённого фотона. Импульс имеет резко нарастающий передний фронт. Время нарастания (100 пс) определяется измерительной аппаратурой. Время спада заднего фронта определяет длительность всего отклика. Быстродействие детектора зависит от параметров внешней схемы включения, и в настоящей работе достигало ЗООпс.

Обнаружена задержка отклика однофотонного детектора по отношению к моменту поглощения фотона. Длительность задержки составляет около 70±10пс. Показано, что задержка обусловлена временем подавления сверхпроводимости в тонкой плёнке под действием электрического тока.

Измерен джиттер однофотонного детектора. Величина джиттера, для исследованных в работе структур, составляла около 35±10пс. Проведена оценка влияния на величину джиттера температурных и токовых флуктуаций, а также возможных неоднородностей по длине сверхпроводящей полоски.

Проведено сопоставление результатов исследования с теоретической моделью работы однофотонного детектора, основанной на эффекте образования фотоиндуцированных центров проскальзывания фазы. Показано, что эта модель хорошо описывает наблюдаемое явление и даёт правильные средние значения измеряемых величин. Вместе с тем отмечается, что теория не в полной мере учитывает случайный характер квантовых процессов и требует дальнейшего развития для описания наблюдаемых статистических распределений.

Практическая значимость работы

Практическим результатом работы явилось создание детектора одиночных фотонов на основе обнаруженного в настоящем исследовании эффекта однофотонного детектирования оптического и ИК излучений. л

Детектор представляет собой меандр размером ЮхЮмкм из NbN плёнки толщиной 3,5нм и обладает рекордными характеристиками в диапазоне электромагнитного излучения 1,3-1,5мкм. Этот детектор положен в основу тестера микросхем, который анализирует работу схемы путём регистрации ИК импульсов, излучаемых КМОП транзисторами [61,109,112].

На основе эффекта однофотонного детектирования тонкими сверхпроводящими NbN плёнками можно создать высокочувствительные быстродействующие однофотонные детекторы для:

-телекоммуникационных систем и систем квантовой обработки информации,

-экспериментальных исследований в области молекулярной спектроскопии.

-регистрации теплового излучения удалённых объектов.

Диссертация состоит из Введения, 5 глав и Заключения.

Основные выводы главы можно сформулировать следующим образом:

- Форма и длительность импульса напряжения отклика сверхпроводящего однофотонного детектора не зависят от энергии поглощённого фотона. Импульс имеет резко нарастающий передний фронт. Время спада заднего фронта определяет длительность всего отклика. Скорость счета детектора в линии с волновым сопротивлением 50 Ом выше, чем З-IOV1. Время отклика определяется балансом мощностей теплоотвода из резистивной области и её нагрева электрическим током.

- Отклик однофотонного детектора следует с задержкой по отношению к моменту поглощения фотона. Задержка обусловлена временем подавления сверхпроводимости в тонкой плёнке под действием электрического тока.

- Джиттер сверхпроводящего однофотонного детектора на основе тонкой NbN плёнки около 35±10пс. Решающим фактором, влияющим на его величину, является однородность сверхпроводящей полоски по длине детектора.

Глава V ПРИМЕНЕНИЕ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО

ОДНОФОТОННОГО ДЕТЕКТОРА НА ОСНОВЕ ТОНКОЙ NbN ПЛЁНКИ В ОПТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ МИКРОСХЕМ.

Практическим результатом работы явилось создание, на основе обнаруженного в настоящем исследовании эффекта однофотонного детектирования оптического и ИК излучений, детектора одиночных фотонов в виде меандра размером ЮхЮмкм2 из NbN плёнки толщиной 3,5нм, который в диапазоне 1,3-1,5мкм обладает рекордными характеристиками. Этот детектор положен в основу тестера микросхем [61,109,112].

В настоящее время разработчиками микропроцессоров и других СБИС, выполненных по КМОП технологии, для проверки правильности схемных решений, контроля качества изготовления и диагностики работы, всё шире применяется бесконтактный метод оптической диагностики микросхем с пикосекундным разрешением (Picosecond Imaging Circuit Analysis, PICA) [16,17]. Метод основан на появлении в момент переключения каждого полевого транзистора слабого кратковременного импульса излучения из области его канала[14,15].

Пока комплементарная пара транзистороного ключа находится в одном из стационарных состояний, электрическое напряжение прикладывается только к транзистору, канал которого обеднён свободными носителями заряда. Поэтому разогрев свободных носителей отсутствует как в открытом, так и в запертом транзисторе. Картина резко меняется в момент переключения, когда запертый транзистор открывается, и инжектированые в канал основные носители заряда ускоряются электрическим полем. Время переходного процесса быстродействующих интегральных серий составляет от нескольких десятков до ЮОпс.

Современные микросхемы обладают глубоко субмикронными размерами канала транзисторов. В результате электрические поля в канале могут достигать 105 BtM. Двигаясь вдоль канала от истока к стоку свободные носители приобретают энергию превышающую 1 эВ. Небольшая часть этих горячих носителей может отдавать свою энергию в виде излучения, лежащего в диапазоне от ближнего ИК до видимого света. Причем интенсивность этого излучения и спектральный состав зависят от тока и напряжения между истоком и стоком МОП-транзистора. Излучение существует для транзисторов с п- и р-каналом, причём от транзисторов с р-каналом оно в силу более низкой подвижности дырок обладает меньшей интенсивностью.

С лицевой стороны полевой транзистор покрывает многослойная металлическая пленка - это контактные площадки и соединения различных элементов между собой, поэтому метод основан на регистрации излучения, прошедшего сквозь кремниевую подложку. Кремний прозрачен для ИК излучения с А>1,1 мкм. Пройдя сквозь кремниевую подложку, спектр излучения полностью теряет свою коротковолновую составляющую, поэтому необходимо использовать детекторы чувствительные к длинам волн выше и около 1,3мк. Такое излучение можно обнаружить лишь с помощью высокочувствительного (однофотонного) быстродействующего детектора.

В сотрудничестве с Учебно-научным радиофизическим центром МПГУ и исследовательской группой университета г. Рочестер (США) фирмой NPtest (USA) был создан прототип тестера микросхем на основе описанного выше сверхпроводящего однофотонного детектора. С его помощью проводились тестирования КМОП - микросхем методом PICA с высоким временным разрешением. Микросхема изготавливалась на кремниевой подложке толщиной ЮОмкм по технологии с максимальным разрешением 0,13мкм. Наблюдения проводились через подложку микросхемы. В поле зрения прибора попадала площадь диаметром 160 мкм, на которой могли располагаться десятки инвертеров. Различались они по времени срабатывания. Таким образом, можно было получать информацию о работе практически каждого транзистора микросхемы. Перемещая микросхему в фокальной плоскости объектива, можно сканировать всю её поверхность.

На Рис. 5.1 представлена гистограмма отклика с одного КМОП -инвертера, которая показывает, в какие моменты времени, какое число импульсов было зарегистрировано за время одного тестирования. Как и

Время, нс

Рис.5.1 Гистограмма излучения КМОП ключа микросхемы, полученная с помощью тестера микросхем на основе сверхпроводящего однофотонного детектора. ожидалось, пики излучения появляются через каждые 10 не, в соответствии с временем переключения инвертера. На гистограмме видны оптические импульсы от транзисторов п- и р-типов. Излучение от транзистора с р-каналом (p-MOS) слабее излучения от транзистора с n-каналом (n-MOS) примерно в 5 раз.

Использование сверхпроводящего однофотонного детектора в методе PICA позволяет собирать данные параллельно с многих отдельных транзисторов с достаточно большой площади интегральных микросхем, изготовленных по субмикронной технологии, с высоким временным разрешением. Замена в тестере микросхем приёмного элемента на основе ЛФД на сверхпроводящий однофотонный детектор улучшили его технические характеристики: квантовую эффективность и уровень ложных срабатываний. Это позволило сократить время одного тестирования, что позволяет расширить область возможного применения прибора, и применять его для контроля качества микросхем не только при проектировании, но и в процессе производства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В процессе работы были получены следующие новые научные результаты:

Впервые обнаружен и исследован эффект однофотонного детектирования света видимого и ИК диапазонов структурами субмикронных размеров, изготовленными из тонких сверхпроводящих плёнок в условии протекания через них тока близкого к критическому току распаривания.

Определены условия наблюдения эффекта однофотонного детектирования. Этот эффект наблюдался в узких, шириной 150нм - 200нм однородных сверхпроводящих полосках - мостиках, изготовленных на основе тонких, толщиной менее 20нм, NbN плёнок и охлаждённых ниже критической температуры сверхпроводящего перехода. Необходимым условием возникновения эффекта однофотонного детектирования является пропускание по сверхпроводящему мостику тока смещения близкого к току распаривания. В исследованных структурах ток смещения отличался от критического тока не более, чем на 20% для образцов толщиной 3,5нм и на 10% для образцов толщиной Юнм.

Обнаружен переход от многофотонного к однофотонному процессу детектирования излучения импульсных источников света. Было обнаружено, что в ближнем ИК диапазоне для детекторов на основе сверхпроводящих NbN плёнок толщиной менее 20нм переход от многофотонного процесса к однофотонному происходит по мере приближения величины транспортного тока к критическому значению тока распаривания. Показано, что в зависимости от величины тока смещения возможны двухфотонный, трёхфотонный и т.д. режимы работы детектора.

Получены спектральные зависимости квантовой эффективности сверхпроводящих однофотонных детекторов на основе NbN плёнки. Обнаружено, что в диапазоне длин волн от 0,8мкм до Змкм квантовая эффективность спадает с длиной волны по экспоненциальному закону. Коэффициент в показателе экспоненты зависит от толщины плёнки. Для исследованных структур толщиной Юнм он составил 4,2мкм*1, а при толщине 3,5нм - 2,7мкм''.

Обнаружена зависимость квантовая эффективность сверхпроводящих однофотонных детекторов от толщины плёнки. Для длины волны 0,85мкм достигнутые в работе квантовые эффективности детекторов из плёнки толщиной 3,5нм составляли 1%+5%, а при толщине Юнм - 0,05%-Ю,3%. В детекторах из плёнки толщиной более 20нм однофотонный режим работы в ИК диапазоне не наблюдался. Показано, что существенным фактором, определяющим величину квантовой эффективности, является однородность сверхпроводящей полоски по длине детектора.

На основе измерений коэффициента поглощения ИК излучения тонкими NbN плёнками, было показано, что высокая прозрачность плёнки снижает квантовую эффективность однофотонного детектора примерно в 10 раз. Квантовую эффективность можно значительно увеличить путём улучшения согласования детектора с излучением.

Исследована форма и длительность отклика сверхпроводящего однофотонного детектора на поглощение фотона. Форма и длительность импульса напряжения, вырабатываемого детектором, не зависят от энергии поглощённого фотона. Импульс имеет резко нарастающий передний фронт. Время нарастания (100 пс) определяется измерительной аппаратурой.

Время спада заднего фронта определяет длительность всего отклика. Быстродействие детектора зависит от параметров внешней схемы включения, и в настоящей работе достигало ЗООпс. Рассчитанное с учетом схемы включения время релаксации сопротивления составляет 130пс. Оно определяется балансом мощностей теплоотвода из резистивной области и её нагрева электрическим током.

Обнаружена задержка отклика однофотонного детектора по отношению к моменту поглощения фотона. Длительность задержки составляет около 70±10пс. Показано, что задержка обусловлена временем подавления сверхпроводимости в тонкой плёнке под действием электрического тока.

Измерен джиттер однофотонного детектора. Величина джиттера, для исследованных в работе структур, составляла около 35±10пс. Проведена оценка влияния на величину джиттера температурных и токовых флуктуаций, а также возможных неоднородностей по длине сверхпроводящей полоски. Показано, что решающим фактором, влияющим на его величину, является однородность сверхпроводящей полоски по длине детектора.

Проведено сопоставление результатов исследования с теоретической моделью работы однофотонного детектора, основанной на эффекте образования фотоиндуцированных центров проскальзывания фазы. Показано, что эта модель хорошо описывает наблюдаемое явление и даёт правильные средние значения измеряемых величин. Вместе с тем отмечается, что теория не в полной мере учитывает случайный характер квантовых процессов и требует дальнейшего развития для описания наблюдаемых статистических распределений.

Практическим результатом работы явилось создание детектора одиночных фотонов на основе обнаруженного в настоящем исследовании эффекта однофотонного детектирования оптического и ИК излучений. Детектор представляет собой меандр размером ЮхЮмкм из NbN плёнки толщиной 3,5нм и обладает рекордными характеристиками в диапазоне электромагнитного излучения 1,3-1,5мкм. Этот детектор положен в основу тестера микросхем, который анализирует работу схемы путём регистрации ИК импульсов, излучаемых КМОП транзисторами.

В заключении автор выражает глубокую благодарность научному руководителю профессору Г.Н. Гольцману за прекрасную организацию научной работы, основанной на творческом сотрудничестве научных коллективов и технологических групп Учебно-научного радиофизического центра Московского государственного педагогического университета, где выполнена диссертация, и лаборатории лазерной техники Рочестерского университета, что позволило проводить исследование на высоком научном и техническом уровне. Автор считает своим долгом выразить искреннюю признательность всем коллегам по работе, чья дружеская помощь и профессиональное участие, безусловно, являются необходимым фактором успеха. Особая благодарность адресуется Б.М.Воронову и руководимой им технологической группе за изготовление уникальных плёнок и структур, без которых данное исследование было бы невозможно.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА

ПЕЧАТНЫЕ РАБОТЫ:

Г G.Gol'tsman, O.Okunev. G.Chulkova, A.Lipatov, A.Semenov, K.Smirnov, B.Voronov, A.Dzardanov, C.Williams, and R.Sobolewski "Picosecond superconducting single-photon optical detector", Applied Physics Letters, v.79, №6, pp.705-707, 2001.

2' G.Gol'tsman, O.Okunev. G.Chulkovaj G.Lipatov, A.Dzardanov, K.Smirnov, A.Semenov, B.Voronov, C.Williams and R.Sobolewski, "Fabrication and properties of an ultrafast NbN hot-electron single-photon detector", IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol.11, pp.574-577, 2001.

3' O.Okunev. K.Smirnov, G.Chulkova, A.Korneev, A.Lipatov, G.Gol'tsman, J.Zhang, W.Slysz, A.Verevkin, and R.Sobolewski, "Ultrafast NbN Hot-Electron Single-Photon Detector for Electronic diagnostics and communications", Proceedings of Fifth ISTC Scientific Advisory Committee Seminar "Nanotechnologies in the area of physics, chemistry and biotechnology", Russia, St. Petersburg, Russia, May 27-29, pp. 339-344, 2002.

4' A.Lipatov, O.Okunev, K.Smirnov, G.Chulkova, A.Korneev, P.Kouminov, G.Gol'tsman, J.Zhang, W.Slysz, A.Verevkin, R.Sobolewski, "An Ultrafast NbN Hot-Electron Single-Photon Detector for Electronic Applications", Superconductor Science and Technology, 15, 1689-1692., 2002. 5' R.Sobolewski.; Y Xu X Zheng; C.Williams; J.Zhang; A.Verevkin; G.Chulkova; A.Korneev; A.Lipatov; O.Okunev; K.Smirnov; G.Gol'tsman, "Spectral sensitivity of the NbN single-photon superconducting detector", IEICE Transactions on Electronics, Vol. E85-C pp. 797, 2002.

6' A.Verevkin, J.Zhang, R.Sobolewski, A.Lipatov, O.Okunev. G.Chulkova, A.Korneev, K.Smirnov, G.Gol'tsman. "Detection efficiency of large-active-area ь NbN single-photon superconducting detectors in ultraviolet to near-infrared range.", Applied Physics Letters, v.80, №25, pp.4687-4689, 2002. 7 Y. Xu X. Zheng, C.Williams, A.Verevkin, R.Sobolewski, G.Chulkova, A.Lipatov, O.Okunev. K.Smirnov, G.Gol'tsman, "Ultrafast superconducting hot-electron single-photon detector," in Technical Digest of the Conference on Lasers and Electro-Optics, CLE02001, IEEE Cat. No.01CH37170, pp.345-346, 2002.

8' A.Verevkin, J.Zhang, W.Slysz, R.Sobolewski, A.Lipatov, O.Okunev, G.Chulkova, A.Korneev, and G.Gol'tsman, " Superconducting Single-Photon

Detectors for GHz-Rate Free Space Quantum Communications," in "Free-Space Laser Communication and Laser Imaging", edited by J. C. Ricklin, and D. G. Voelz, (Bellingham, WA: SPIE), Vol. 4821, p. 447-454, 2002 9' J.Zhang, A.Verevkin, W.Slysz, G.Chulkova, A.Korneev, A.Lipatov, O.Okunev, G.Gol'tsman, and R.Sobolewski, "Timer-resolved Characterization of NbN Superconducting Single-Photon Optical Detectros", in OPTO-Canada:SPIE Regional Meeting on Optoelectronic,Photonics,and Imaging,SPIE vol.TDOl ,pp.33-35 (2002).

10' J.Zhang, W.Slysz, A.Pearlman, A.Verevkin, R.Sobolewski, O.Okunev, • G.Chulkova, and G.Gol'tsman "Time delay of resistive-state formation in superconducting stripes excited by single optical photons", Phys. Rev. В 67, 132508-132511(2003)

1Г A.Korneev, A.Lipatov, O.Okunev, G.Chulkova, K.Smirnov, G.Gol'tsman, J.Zhang, W.Slysz, A.Verevkin, R.Sobolewski, "GHz counting rate NbN single-photon detector for IR diagnostics", Microelectronic Engineering, Elsevier, 69, pp. 274-278, (2003).

12' Г.Н. Гольцман, O.B. Окунев, Г.М.Чулкова, А.П. Липатов, A.A. Корнеев, П.Б. Куминов, А.А. Веревкин, Р. Соболевский, Дж. Цханг, К.

Уилшер, «Прибор для диагностики устройств микро- и наносистемной техники на основе однофотонного пикосекундного детектора ИК-излучения», Известия Вузов.Электроника, №1, стр. 42-48, 2003. 13' J. Zhang, W. Slysz, A. Verevkin, О. Okunev, G. Chulkova, A. Korneev, A. Lipatov, G. Gol'tsman, and R. Sobolewski, "Response Time Characterization of NbN Superconducting Single-Photon Detectors," IEEE Transactions Applied Superconductivity, vol. 13, N. 2 pp. 180-183, (2003).

14' R. Sobolewski, J. Zhang, W. Slysz, A. Pearlman, A. Verevkin, A. Lipatov, O. Okunev, G. Chulkova, A. Korneev, K. Smirnov, P. Kouminov, B. Voronov, N. Kaurova, V. Drakinsky, and G. N. Gol'tsman,"Ultrafast Superconducting Single-Photon Optical Detectors," (Plenary Lecture) in: Advanced Optical Devices, ed. by A. Krumins and J. Spigulis, Proc. SPIE vol. 5123, pp. 2-12 (2003).

15' J. Zhang, N. Boiadjieva, G. Chulkova, H. Deslandes, G. N. Gol'tsman, A. Korneev, P. Kouminov, M. Leibowitz, W. Lo, R. Malinsky, O. Okunev, A. Pearlman, W. Slysz, A. Verevkin, K. Wilsher, C. Tsao, and R.Sobolewski, "Non-invasive CMOS circuit testing with NbN superconducting single-photon detectors," Elect. Lett. 39, 1086-1088. (2003). ДОКЛАДЫ:

1" A.Lipatov, C.Williams, R.Sobolewski, G.Chulkova, A.Dzardanov, O.Okunev, K.Smirnov, A.Semenov, B.Voronov, and G.Gol'tsman "Ultrafast NbN Hot-Electron Single Photon Photodetector" Applied Superconductivity Conference, Virginia Beach, September 2000.

2" O. Okunev, K. Smirnov, A. Korneev, A. Lipatov, G. Gol'tsman, J. Zhang, W. Slysz, A.Verevkin, R. Sobolewski, "Ultrafast NbN Hot-Electron Single-Photon Detector for Visible and Infrared Radiation," Inter. Quant. Elect. Conf., Russia, Moscow, 2002.

3" О. Okunev, К. Smimov, G. Chulkova, A.A. Korneev, A. Lipatov, G.N. Gol'tsman, J. Zhang, W. Slysz, A. Verevkin, R. Sobolewski, "Ultrafast NbN hot-electron single-photon detectors for electronic diagnostics and communications.", 5~ ISTC Scientific Advisory Committee Seminar, Nanotechnologies in the area of physics, chemistry and biotechnology, St. Petersburg, Russia, May, 2002.

4" Г.Н. Гольцман, O.B. Окунев, Г.М.Чулкова, А.П. Липатов, A.A. Корнеев, П.Б. Куминов, А.А. Веревкин, Р. Соболевский, Дж. Цханг, К. Уилшер, "Прибор для диагностики устройств микро- и наносистемной техники на основе однофотонного пикосекундного детектора ИК излучения," IV Международная научно-техническая конференция МИЭТ, 19-21 ноября 2002, Москва.

5" A. Lipatov, A. Korneev, О. Okunev, К. Smirnov, G. Gol'tsman, J. Zhang, A. Verevkin, R. Sobolewski, "GHz counting rate NbN Single-Photon Detector for IR diagnostics of VLSI CMOS circuits," Nano and Giga Challenges in Microelectronics Research and Opportunities in Russia, International Symposium, Moscow, Russia, September 10-13, 2002.

6" A. Verevkin, Y. Xu, X. Zheng, C. Williams,, R. Sobolewski, O. Okunev, K. Smirnov, G. Chulkova, A.A. Korneev, A. Lipatov,G.N. Gol'tsman, "Superconducting NbN-based ultrafast hot-electron detector for infrared range.", Symposium on THZ space technology, San-Diego, Februery 2001. 7" J. Zhang, A. Verevkin, W. Slysz,, G. Chulkova, A.A. Korneev, A. Lipatov, O. Okunev, G.N. Gol'tsman, R. Sobolewski, "Time-resolved characterization of NbNsuperconducting single-photon optical detectors.", SPIE Regional Meeting on Optoelectronics, Photonics, and Imaging, CA01-515, Ottawa, Ontario, Canada, May 2002.

8" A. Verevkin, J. Zhang, W. Slysz, R. Sobolewski, A. Semenov,

G. Chulkova, A.A. Korneev, A. Lipatov, O. Okunev, G.N. Gol'tsman, "Detection efficiency and spectral sensitivity of superconducting single-photon detectors.",Applied Superconductivity Conference ASC2002, 1EC02, Houston, Texas USA, August, 2002.

9" J. Zhang, A. Verevkin, R. Sobolewski, W. Slysz, G. Chulkova, A.A. Korneev, A. Lipatov, O. Okunev,G.N. Gol'tsman,"Respons time characterization of NbN superconducting single-photon detectors.", Applied Superconductivity Conference ASC2002, 1EC07, Houston, Texas USA, August, 2002.

10" R.Sobolewski, J.Zhang, W.Slysz, A.Pearlman, A.Verevkin, A.Lipatov, O.Okunev, G.Chulkova, A.Korneev, K.Smirnov, P.Kouminov, B.Voronov, N.Kaurova, V.Drakinsky, and G.Gol'tsman, Ultrafast superconducting single-photon optical detectors," International Symposium on Optical Science and Technology SPIE, Riga, Latvia, August 2002.

11" Goltsman G., Chulkova G., Korneev A., Okunev O., Smirnov K.,

Kouminov P., Voronov В., Kaurova N., Zhang J., Pearlman A., Verevkin A.,

Sobolewski R., "Quantum efficiency and dark counts of superconducting NbN single-photon detectors", 6th European conference on applied superconductivity

EUCAS), Sorrento Napoli-Italy, 14-16 September 2003, p. 18.

12" J. Zhang, A. Pearlman, W. Slysz, A. Verevkin, R. Sobolewski,

O. Okunev, A. Korneev, P. Kouminov, K. Smirnov, G. Chulkova,

G. N. Gol'tsman, W. Lo, K. Wilsher "Infrared picosecond superconducting single-photon optical detectors for CMOS circuit testing," Technical Digest of the Conference on Lasers and Electro-Optics, CLE02002, Maryland, USA, June

2002.

1. Karlsson, А., М. Bourenname., G. Ribordy, H. Zbinden, J. Brendel, J. Rarity, P. Tapster, "A Single-Photon Counter for Long-Haul Telecom." 1.EE. Circuits and -Devices Mag., vol. 15, pp.34-40, 1999.

2. D. Mathews, D.H Unwin, "Quantitative cerebral blood flow imaging in a patient with the Heidenhain variant of Creutzfeldt-Jakob disease." Clin Nucl Med, 26(9):770-3, September 2001.

3. A.K.Ekert,J.G.Rarity,P.R.Tapster,and G.M.Palma, "Practical quantum cryptography based on 2-photon interferometry," Physical Review Letters v69, N9, pp.1293 -1295,1992.

4. K.K. Likharev and V.K. Semenov, "Navigation of links may be more efficient using a second browser window," IEEE Trans. Appl. Supercond. 1, 3 (1991).

5. W. Chen, A.V. Rylyakov, Vijay Patel, J.E. Lukens, K.K. Likharev, "Superconductor digital frequency divider operating up to 750 GHz", APPL. PHYS. LETT. V 73, N 19, 1998.

6. Chia-Chi Wang, Marc Currie, Douglas Jacobs-Perkins, Marc J. Feldman, Roman Sobolewski, and Thomas Y. Hsiang, "Optoelectronic generation and detection of single-flux-quantum pulses", Appl. Phys. Lett. 66 (24), p. 3325, June 1995.

7. M. Dorojevets, P. Bunyk, and D. Zinoviev, "FLUX chip: design of a 20-GHz 16-bit ultrapipelined RSFQ processor prototype based on 1.75-um LTS Technology", IEEE Trans. Appl. Supercond. v.l 1, p. 326, (2001).

8. G. S. Solomon, M. Pelton, and Y. Yamamoto, "Single-mode Spontaneous Emission from a Single Quantum Dot in a Three-Dimensional Microcavity,", Phys. Rev. Lett. 86, 3903 (2001).

9. E. Moreau, I. Robert, J.M. Gerard, I. Abram, L. Manin, V. Thierry-Mieg, "Singl-mode solid-state single photon source based on isolated quantum dots in pillar microcavities," ," Applied Physics Letters v79, N18, pp. 2865-2866. October 2001.

10. K. Sebald, P. Michler, T. Passow, D. Hommel, G. Bacher, and A. Forchel, "Single-photon emission of CdSe quantum dots at temperatures up to 200 K," Applied Physics Letters Vol 81(16) pp. 2920-2922. October 14, 2002

11. C. Santori, D. Fattal, M. Pelton, G.S. Solomon, and Y. Yamamoto, "Polarization-correlated photon pairs from a single quantum dot," Phys. Rev. В 66, 045308 (2002).

12. P.Michler, A.Imamoglu, M.D.Mason, P.J.Carson, G.F.Strouse, and S.K.Buratto, "Quantum correlation among photons from a single quantum dot at room temperature," Nature 406 pp.968 -970,2000.

13. S. Villa, A.L. Lacaita, A. Pacelli, "Photon emission from hot electrons in silicon," Phys. Rev. B52, pp. 10993-10999,1995.

14. J.A. Kash, J.C. Tsang, "Picosecond hot electron light emission from submicron complementary metal-oxid-semiconductor circuits," Appl. Phys. Lett, v.70, N7, pp.889-891, 1997.

15. J.A. Kash, J.C. Tsang, "Noninvasive Opti-cal Method for Measuring Internal Switching and Other Dynamic Parameters of CMOS Circuits," U.S. Patent #5,940,545, issued Aug. 17, 1999.

16. S Polonsky, "Non-Invasive Timing of IBM G6 Microprocessor LI Cache Using Backside Time-Resolved Hot Electron Luminescence," Digest of the IEEE Intern. Solid State Circuits Conf., 2000.

17. David J. Creasey, Peter A. Halford-Maw, Dwayne E. Heard, John E. Spence, and Benjamin J. Whitaker "Fast photomultiplier tube gating system for photon counting applications", Review of Scientific Instruments Vol 69(12) pp. 4068-4073. December 1998.

18. F. Zappa, A.L. Lacatta, S.D. Cova, P. Lovati, "Solid-state single-photon detectors." Opt. Eng. vol. 35, pp.938-945, 1996.

19. PG Kwiat, AM Steinberg, RY Chiao, PH Eberhard, and MD Petroff, "High-efficiency single-photon detectors," Phys. Rev. A 48, R867 (1993).

20. Jungsang Kim, Yoshihisa Yamamoto, Henry H. Hogue "Noise-free avalanche multiplication in Si solid state photomultipliers," Appl. Phys. Lett., Vol. 70, No. 21, 26 May 1997.

21. J. Kim, S. Takeuchi, Y. Yammamoto, H.H. Hogue, "Multiphoton detection using visible light photon counter," Appl. Phys. Lett., vol.74, N7, pp.902904, 1998.

22. S. Takeuchi, J. Kim, Y. Yammamoto, H.H. Hogue. "Development of a high-quantum-efficiency singl-photon counting system." Appl. Phys. Lett., vol.74, N8, pp.l063-1065, 1999.

23. Fichtner W. and Hacker W., "Time resolution of Ge avalanche photodiodes operating asphoton counters in delayed coincidence", Rev. Sci. Instrum., 47, 3,pp 374-377, (1976).

24. Haecker W., Groezinger O. and Pilkuhn M. H., "Infrared photon counting by Ge avalanche photodiodes", Appl. Phys. Lett., 19,4, pp 113-115, (1971).

25. G. Ribordy, J.D.Gautier, H. Zbinden, N. Gisin, "Performance of InGaAsP/InP avalanche photodiodes as gated-mode photon counter," Appl. Opt. v37, p.2272,1998.

26. Astafiev, S.Komlyama, T.Kutsuma, V.Antonov. "Single-photon detector in the microwave range". Appl. Phys; Lett., vol.80, N22, pp.4250-4252, 2002

27. S.Komlyama, O.Astafiev, V.Antonov, T.Kutsuma, H.Hiral. "A single-photon detector in the far-infrared range"., Nature, vol.403, pp.405-407, 2000.

28. H. Folliot, M. Lynch, A. L. Bradley, L. A. Dunbar, J. Hegarty,

29. J. F. Donegan, L. P. Barry, J. S. Roberts, and G. Hill, "Two-photon absorption photocurrent enhancement in bulk AlGaAs semiconductor microcavities," Applied Physics Letters Vol 80(8) pp. 1328-1330. February 2002.

30. R.J. Schoelkopf, S.H. Moseley, C.M. Stahle, P. Wahlgren, and P. Delsing, "A Concept for a Submillimeter-Wave Single-Photon Counter," IEEE Trans, on Applied Superconductivity, 9, 2935 (1999).

31. R.Gross, D.Koelle, "Low Temperature Scanning Electron Microscopy of Superconducting Thin Films and Josephson Junctions", Rep.Prog.Phys. vol.57, p651, 1994.

32. Miller A.J., Nam S.W., Martinis J.M. and Sergienko A.V. "Demonstration of a low-noise near-infrared photon counter with multi-photon discrimination," Applied Physics Letters 28, Vol. 83, No. 4, pp. 791-793. (July2003)

33. P. Verhoeve, N. Rando, A. Peacock, van. Dordrecht, A. Poelaert, D. J. Goldie. "Superconducting Tunnel Junctions as Photon Counting Detectors in the Infrared to the Ultraviolet." IEEE Trans, on Appl. Supercoductivity, vol.7, N2, pp.3359-3362, 1997.

34. J.H.J.de Brujine,A.P.Reynolds,M.A.C.Perryman,F.Favata,and A.Peacock, "Analysis of Astronomical Data from Optical Superconducting Tunnel Junctions ",Opt.Eng.41 ,1158 (2002).

35. N.Rando, P.Verhoeve, A.Poelaert, A.Peacock, D.J.Goldie, "NbN-Nb-Al superconducting tunnel junctions as photon counting detectors," J, Appl. Phys. 83(10), 5536, 1998.

36. L. Li, L. Frunzio, C. Wilson, D. E. Prober, A. E. Szymkowiak, and

37. S. H. Moseley "Improved energy resolution of x-ray single photon imaging spectrometers using superconducting tunnel junctions," J. Appl. Phys. 90(7) 3645 (01 Oct 2001)

38. G.Gol'tsman, O.Okunev, G.Chulkova, A.Lipatov, A.Semenov, K.Smirnov, B.Voronov, A.Dzardanov, C.Williams, and R.Sobolewski "Picosecond superconducting single-photon optical detector", Applied Physics Letters, v.79, №6, pp.705-707, 2001.

39. O.Okunev, K.Smirnov, G.Chulkova, A.Korneev, A.Lipatov, G.Gol'tsman, J.Zhang, W.Slysz, A.Verevkin, and R.Sobolewski, "Ultrafast NbN Hot

40. Гершензон E.M., Гершензон M.E., Гольцман Г.Н., Семёнов А.Д., Сергеев А.В., "Разогрев квазичастиц в сверхпроводящей плёнке, находящейся в резистивном состоянии," Письма в ЖЭТФ, т.34, в.5, стр.281-285, 1981.

41. Гершензон Е.М., Гершензон М.Е., Гольцман Г.Н., Семёнов А.Д., Сергеев А.В., "Неселективное воздействие электромагнитного излучения на сверхпроводящую плёнку в резистивном состоянии," Письма в ЖЭТФ, т.36, в.7, стр.241-244,1982.

42. Гершензон Е.М., Гершензон М.Е., Гольцман Г.Н., Семёнов А.Д., Сергеев А.В., «Разогрев электронов в резистивном состоянии сверхпроводника под действием электромагнитного излучения» ЖЭТФ, т.86, в.2, с.758-773, 1984.

43. E.M.Gershenzon, M.E.Gershenzon, G.N. Gol'tsman, A.D. Semenov,

44. A.V. Sergeev, "Hiating of electrons in superconductor resistive state due to electromagnetic radiation," Solid State Commun. v.50, N3, pp.207-212, 1985.

45. G.M.Eliashberg, B.I.Ivlev, "Nonequilibrium Supercnductivity," ed. by D.N.Langenberg and A.S.Larkin, North-Holland Elsevier Science B.V., Amsterdam, 1986, p.211.

46. Гершензон E.M., Гольцман Г.Н., Елантьев А.И., Карасик Б.С., Потоскуев С.Э., «Разогрев электронов в резистивном состояниисверхпроводника электромагнитным излучением значительной интенсивности» ФНТ, т. 14, №7, с.753, 1988.

47. Елесин В.Ф., Кашурников В.А., Кондрашев В.Е., Шамраев Б.Н., "Влияние электрон-электронных столкновений на характер фазового перехода и кинетику неравновесных сверхпроводников," ЖЭТФ, т.84, в.1, стр.223-229,1983.

48. B.L. Altshuler, A.G. Aronov. "Electron-electron interaction in disordered conductors", Modem problems in condensed matter science, Td. By A.L.Efros, M.Pollac., Amsterdam: North-Holl. Publ. Co., pp. 1-153, 1985.

49. Ю.М. Рейзер, A.B. Сергеев. "Электрон-фононное взаимодействие в примесных металлах и сверхпроводниках", ЖЭТФ, т.90, в.З, с. 10561070, 1986.

50. A.Frenkel, "Mechanism of nonequilibrium optical response of high-temperature superconductor," Phis. Rev. B, v.48, N13, pp.9717-9725, 1993.

51. Гершензон E.M., Гольцман Г.Н., Гусев Ю.П., Семёнов А.Д. «Неравновесный отклик тонких плёнок NbN на излучение миллиметрового и оптического диапазонов.», СФХТ, т.6, №6, с. 11981210,1993.

52. Воронов Б.М., Гершензон Е.М., Гольцман Г.Н., Гогидзе И.Г.,

53. G. Gogidze, Р. В. Kuminov, А. V. Sergeev, A. I. Elant'ev,

54. Е. М. Men'shchikov, and Е. М. Gershenzon "Fast nonequilibrium induction detectors based on thin superconducting films." Tech. Phys. 43(10) 1193 (1998).

55. A.D. Semenov, H.-W. Hubers, H. Richter, M. В irk, M.Krocka, U. Mair,

56. K. Smirnov, G.N. Gol'tsman, B.M. Voronov, "2.5 THz hetrodyne receiver with NbN hot-electron-bolometer mixer," Physica C, 372-376, pp. 454-459, (2002)

57. K.S. Il'in, I.I. Milostnaya, A.A. Verevkin, G.N. Gol'tsman,

58. E.M. Gershenzon, R.Sobolewski. "Ultimate quantum efficiency of a superconducting hot-electron photodetector", Appl. Phys. Lett., vol. 73, N26, 1998.

59. K.S. Il'in, M. Lindgren, M. Currie, A.D. Semenov, G.N. Gol'tsman, R.Sobolewski, S.I. Cherednichenko, E.M. Gershenzon.'Ticosecond hot-electron energy relaxation in NbN superconducting photodetector", Appl. Phys. Lett., vol. 76, N19, pp. 2752-2754, 2000.

60. A.M. Kadin, M.W. Johnson ."Single-photon-counting hotspot detector with integrated RSFQ readout electronics", Appl. Phys. Lett., vol. 69, p.3938, 1996.

61. S. Somani, S. Kasapi, K. Wilsher, W. Lo, R. Soboliwski, G. Gol'tsman, "New photon detector for device analysis: Superconducting single-photondetector based on a hot electron effect", J. Vac. Technol. В 19(6), 2001, pp. 1-4.

62. Chou S.Y., Liu Y., Khalil W., Hsiang T.Y., S.Alexandrou, Appl. Phys. Lett., vol.61, pp.819-823, 1982.

63. Ejeckam F.E., Chua C.L., Zhu Z.H., Lo Y.H., Hong M., Bhat R. Appl. Phys. Lett., vol.67, p.3936, 1995.

64. M.W.Johnson, A.M.Herr, A.M.Kadin, "Bolometric and nonbolometric infrared photoresponses in ultrathin superconducting NbN films," J. Appl. Phys., v.79, p.7069, 1996.

65. D.Gupta, A.M.Kadin, "Single-Photon-Counting Hotspot Detector with Integrated RSFQ Readout Electronics" IEEE Transactions on Applied Superconductivity, Vol. 9, No. 2, June 1999.

66. М.Тинкхам, «Введение в сверхпроводимость», Москва, Атомиздат, 1980.

67. Skocpol W.J., Beasley M.R., Tinkham М., "Phase-slip centers and nonequilibrium processes in superconducting tin microbridges", J. Low-Temp.Phys., v. 16, p. 145, 1974.

68. Anderson P.W., Rev.Mod.Phys., v.38, p.298, 1966.

69. Little W.A., Phys.Rev., v. 156, p.398, 1967.

70. Langer J.S., Ambegoakar V. Phys. Rev., v. 164, p.498, 1967.

71. McCumber D.E., Halperin B.I., Phys. Rev., B, v.l, p. 1054, 1970.

72. Stuivinga M., Ham C.L.G., Klapwijk T.M., Mooij J.I., "Phase-Slip Centers in Superconductiong Aluminium Strips", J. Low. Temp. Phys., v.53, p.633, 1983;

73. Bezryadin A., Lau C.U., Tinkham M., "Quantum suppression of superconductivity in ultrasmall wires", Nature (London) v.404, p.971, 2000;

74. Lau C.U., Marcovic N., Bockrath M., Bezryadin A., Tinkham M.,

75. Quantum phase slip in superconducting nanowires", Phys. Rev. Lett., v.87, p.217003,2001.

76. Giordano N., Physica B, "Superconducting fluctuations in one dimension", v.203, p460, 1994.

77. Golubev D.S., Zaikin A.D., "Quantum tunneling of the order parameter in superconducting nanowiresPhys," Rev. B, v.64, p.014504, 2001.

78. Tinkham M., Lau C.N., " Quantum limit to phase coherence in thin superconducting wires", Appl. Phys. Lett., v.80, N.16, p.2946, 2002

79. A.D. Semenov, G.N. Gol'tsman, A.A. Komeev,"Quantum detection by current carrying superconducting film", Physica С 351, pp. 349-356, 2001.

80. Гершензон E.M., Гершензон M.E., Гольцман Г.Н., Карасик B.C., Люлькин A.M., Семёнов А.Д., «Быстродействующий сверхпроводниковый болометр», Письма в ЖТФ, т. 15, №3, стр.88, 1989;

81. Е.М. Gershenzon, G.N. Gol'tsman, A.D. Semenov, A.V. Sergeev, "Wideband high speed Nb and YbaCuO detectors", IEEE Trans, on Mag., v.27, N2, p.2836, 1991.

82. Semenov A.D., Nebosis R.S., Gousev Yu.P., Heusinger M.A., Renk K.F., "Analysis of the nonequilibrium photoresponse of superconducting films to pulsed radiation by use of a two-temperature model", Phys.Rev.B, v.52, N1, p.581,1995.

83. Шмидт B.B. "Введение в физику сверхпроводников", Москва, "Наука", 1982.

84. Stuivinga М., Mooij J.I., Klapwijk Т.М., J. Low. Temp. Phys., v.48, p.555, 1982.

85. Geiger A., Schon G. Response of a superconductor to a subcritical current pulse. J.Low Temp.Phys., v.46, N.l/2, p.151, 1982

86. Pals J.A. and Wolter J. Measurements of the order-parameter relaxation in superconducting Al-strips // Phys.Lett., 1979, No.70A, p. 150-152.

87. Wolter J., van Attekum P.M.J.M., Horstman R.H., Wouters M.C.H.M. Time-delay of the voltage response to supercritical current pulse in superconducting aluminium //Physica B&C, 1981, vol.108, No. 1/2, p.781-782.

88. Wolter J., van Attekum P.M.J.M., Horstman R.E., Wouters M.C.H.M. Temperature-dependent time-delay of the voltage response to supercritical current pulse in superconducting aluminium // Solid State Commun., 1981, No.40, p.433-435.

89. D.J. Frank, et. al., Phys.Rev.Lett., v.50, p.1611, 1983.

90. D.J. Frank., M. Tinkham, Phys.Rev.B v.28, p.5345, 1983.

91. M.Tinkham, "Introduction to Superconductivity", 2nd, ed. (McGraw-Hill, New York, 1996).

92. A.V. Gurevich, R.G. Mints, "Self-heating in normal metals and superconductors", Reviews of Modern Physics, v.59, N4, p.941, 1987.

93. Гуревич A.B., Минц Р.Г. «Автоволны в нормальных металлах». М. ИВТАН, 165с.

94. Вендик О.Г., Зайончковский А.Я., Колесов С.Г., Красиков С.Б., Пахомов О.В., Рубан А.С., «Разрушение и восстановление сверхпроводящего состояния в плёнках ниобия при воздействии импульсов транспортного тока», ФНТ, т. 12, №6, с.576, 1986.

95. Skocpol W.J., Beasley M.R., Tinkham М., "Self-heating hot-spot in superconducting thin-film microbriges", J.Appl.Phys., v.45, N9, p.4045, 1974.

96. Skocpol W.J., Beasley M.R., Tinkham M., "The electrical behavior of superconductivity thin-film microbriges", Rev.Phys.Appl., v.9, N1, p. 19, 1974.

97. Гершензон E.M., Гольцман Г.Н., Дзарданов A.JI., Елантьев А.И., Милостная И.И., Окунев О.В., "Исследование процессов S-N переключения тонких плёнок NbN импульсами электрического тока," СФХТ, т.5, №5, с.890, 1994.

98. S. Cherednichenko, P. Yagoubov, K. Il'in, G. Gol'tsman, E. Gershenzon, "Large bandwidth of NbN phonon cooled hot electron bolometer mixers on sapphire substrates," in Proc. 8th Int. Symp. On Space Terahertz Technology, Boston, MA, 1997, p.245.

99. A. Garzarella, CJ Martoff, "Thermal effects on near-critically biased superconducting thin film particle detectors," J. Appl. Phys, 79, 2426-2434, (1996).

100. A.Lipatov, O.Okunev, K.Smirnov, G.Gol'tsman, "Ultrafast superconducting hot-electron single-photon detector," in Technical Digest of the Conference on Lasers and Electro-Optics, CLE02001, IEEE Cat. No.01CH37170, pp.345-346, 2002.

101. R.Sobolewski.; Y Xu X Zheng; C.Williams; J.Zhang; A.Verevkin;

102. G.Chulkova; A.Korneev; A.Lipatov; O.Okunev; K.Smirnov; G.Gol'tsman, "Spectral sensitivity of the NbN single-photon superconducting detector", IEICE Transactions on Electronics, Vol. E85-C pp. 797, 2002.

103. J.Zhang, A.Verevkin, W.Slysz, G.Chulkova, A.Korneev, A.Lipatov,

104. O.Okunev, G.Gol'tsman, and R.Sobolewski, "Timer-resolved Characterization of NbN Superconducting Single-Photon Optical Detectros", in OPTO-Canada:SPIE Regional Meeting on Optoelectronic,Photonics,and Imaging,SPIE vol.TDOl ,pp.33-35 (2002).

105. J.Zhang, W.Slysz, A.Pearlman, A.Verevkin, R.Sobolewski, O.Okunev, G.Chulkova, and G.Gol'tsman "Time delay of resistive-state formation in superconducting stripes excited by single optical photons", Phys. Rev. В 67, ^ 132508-132511(2003)

106. A.Korneev, A.Lipatov, O.Okunev, G.Chulkova, K.Smirnov, G.Gol'tsman, J.Zhang, W.Slysz, A.Verevkin, R.Sobolewski, "GHz counting rate NbN single-photon detector for IR diagnostics", Microelectronic Engineering, Elsevier, 69, pp. 274-278, (2003).