Физические процессы в сверхпроводящих туннельных детекторах ядерных излучений тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

На правах рукописи

005007918

Андрианов Виктор Александрович 1 ^

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ТУННЕЛЬНЫХ ДЕТЕКТОРАХ ЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

01.04.01 - Приборы и методы экспериментальной физики

2 6 Г. Н 3 2С ¡2

Автореферат диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва - 2011

005007918

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте ядерной физики имени Д.В. Скобельцына Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Овсянников Геннадий Александрович

доктор физико-математических наук Соболев Александр Георгиевич,

доктор физико-математических наук, профессор Чеченин Николай Гаврилович.

Ведущая организация: Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Защита диссертации состоится « » Ф&о/ЬаЛЛ 2012 года в 10-00, на заседании диссертационного совета Д 002.231.03 при Учреждении Российской академии наук Институте радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН по адресу: 125009, Москва, ул. Моховая 11, корп. 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН.

Автореферат разослан «

Я »-¿>£/¿0 20г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 002.231.03 кандидат физико-математических наук Корниенко В.Н.

Общая характеристика работы

1. Актуальность темы

Детекторы, основанные на использовании сверхпроводящих туннельных переходов (СТП-детекторы), обладают рекордным энергетическим разрешением, более чем на порядок превышающим разрешение традиционных полупроводниковых детекторов. Низкий энергетический порог позволяет регистрировать кванты излучения или частицы в широком диапазоне энергий от десятков кэВ до долей электрон-вольта. Иными словами, данные детекторы могут быть использованы для регистрации мягкого рентгеновского, ультрафиолетового, оптического и даже инфракрасного излучения.

С помощью СТП-детекторов можно регистрировать (3-частицы, осколки деления и другие ядерные частицы (например, гипотетические частицы темной материи) при условии, что их энерговыделение не превышает ~100 кэВ. СТП-детекторы могут быть использованы в прецизионной гамма-, рентгеновской и ультрафиолетовой спектроскопии, в рентгеновской и оптической астрономии, для регистрации тяжелых биомолекул, для работы с мощными пучками излучения и в других приложениях. В связи с этим, работы по изучению и разработке СТП-детекторов являются актуальными и важными.

СТП-детекторы являются принципиально новыми устройствами, не реализованными ранее. Изучение таких устройств позволяет получить новые данные относительно поведения неравновесных квазичастиц и фононов, возникающих в сверхпроводниках при поглощении в них квантов излучения или частиц. СТП-детекторы имеют многослойную структуру электродов и являются удобными объектами для детального изучения эффектов теории близости.

Формирование сигнала и собственные шумы данных детекторов являются результатом взаимовлияния ряда процессов и представляют самостоятельный научный интерес. Обеспечение оптимальных условий работы СТП-детекторов требует выполнения целого ряда условий, что имеет как общее, так и прикладное значение.

2. Цель работы

Целью настоящей работы является изучение физических процессов и разработка основ создания сверхпроводящих туннельных детекторов ядерных излучений, имеющих многослойную структуру электродов и реализующих принцип энергетических ловушек квазичастиц.

3. Основные положения, выносимые на защиту

1. Разработка и экспериментальные исследования образцов туннельных детекторов с многослойной структурой электродов, в том числе, детекторов с трехслойным электродом А1/№>/КШ, обеспечивающим условия направленной диффузии квазичастиц к туннельному барьеру, и детекторов с пассивными электродами А1/№> и Т1Л\Ъ. Исследования детекторов со структурой ТШЬ/А1,А10х/А1/№>/ЫЬК, имеющих энергетическое разрешение 90 эВ на рентгеновской линии 6 кэВ, что в = 1.7 раза лучше разрешения кремниевых полупроводниковых детекторов.

2. Анализ временной формы сигналов и собственных шумов СТП-детекторов, учитывающий конкуренцию электронного и дырочного каналов туннелирования и режим многократного туннелирования квазичастиц. Получение аналитического выражения для собственной ширины линии. Вывод о том, что конкуренция каналов туннелирования ведет к заметному уширению линии СТП-детекторов.

Расчет допустимых значений электрических параметров СТП-детекторов, обеспечивающий заданный уровень электронных шумов (например, 80 эВ, 40 эВ и т.д.).

3. Разработка диффузионной модели туннельных детекторов, учитывающей двумерное диффузионное движение квазичастиц, их туннелирование и гибель, как в объеме электрода, так и вблизи боковых граней, в том числе для электродов ромбической формы. Анализ энергетического разрешения детекторов, в условиях зависимости сигнала от координаты поглощения кванта (неоднородное уширение). Расчет формы спектральной линии для детекторов, имеющих различную форму электродов. Сравнение расчетов с экспериментальными данными.

4. Экспериментальные исследования зависимости амплитуды сигнала СТП-детектора от энергии поглощенного кванта, проведенные методом рентгеновской флюоресценции. Обнаружение сильной нелинейности отклика детектора, обусловленной собственной рекомбинацией неравновесных квазичастиц.

5. Разработка диффузионной модели СТП-детекторов с учетом рекомбинационных потерь. Согласованное описание, как формы спектральной линии детектора, так и нелинейной зависимости амплитуды сигнала от энергии поглощенного кванта. Вывод о том, что собственная рекомбинация неравновесных квазичастиц является одним из основных механизмов деградации энергетического разрешения. Формула для оценки вклада рекомбинационных потерь в сигнал детектора.

6. Результаты экспериментальных исследований СТП-детекторов со структурой Т1/Щ1)/А1,АЮх/А1(2)/ЫЬ(2)/№№ Оптимизация конструкции детекторов с точки зрения улучшения энергетического разрешения и улучшения качества спектров.

7. Создание двумерной диффузионной модели стриповых позиционно-чувствительных СТП-детекторов. Анализ влияния краевых и рекомбинационных потерь квазичастиц на амплитуды сигналов и их зависимость от координаты поглощения кванта в поперечном направлении. Анализ уширения спектральной линии и искажения ее формы.

4. Новизна основных результатов

1. Впервые исследованы СТП-детекторы с многослойной структурой электродов (А1/ЫЬ/А1,АЮХ/А1/ЫШЬ1Ч) и Т1/ША1,А10Х/А1М>/№)Н, в которых основной поглощающий электрод состоял из трех слоев: А1/МЬ/(ЫЫЧ), а противоположный электрод содержал два слоя - А1/№> или Т1/ИЬ, где слои-ловушки А1 или 'П имели меньшую ширину сверхпроводящей щели и обеспечивали быстрое поглощение неравновесных квазичастиц. Такие детекторы получили название СТП-детекторов с пассивным электродом. Лучшее энергетическое разрешение при рабочей температуре 1.25 К составило 90 эВ для линии 6 кэВ.

2. Впервые рассмотрено подавление джозефсоновского поля внешним магнитным полем и структура мод Фиски в СТП-детекторах, имеющих электроды ромбической формы.

3. Впервые рассмотрены собственные шумы СТП-детекторов в режиме многократного туннелирования и при конкуренции электронного и дырочного каналов туннелирования. Получено математическое выражение для собственной ширины линии. Проведен анализ электронных шумов СТП-детекторов; определены допустимые области значений электрических параметров, обеспечивающие различные уровни энергетического разрешения (например, вклад электронных шумов 80 эВ, 40 эВ и т.д.).

4. Впервые разработана диффузионная модель туннельных детекторов, имеющих ромбическую форму электродов. Проведены расчеты сигналов детектора для различных координат поглощения кванта. Показано, что потери квазичастиц вблизи боковых граней электродов приводят к уменьшению амплитуды сигналов и вызывают заметное ухудшение энергетического разрешения детектора (неоднородное уширение), в том числе в режиме многократного туннелирования квазичастиц. Проведено сравнение формы спектральной линии для детекторов, имеющих различную форму электродов. Впервые показано, что электроды, имеющие «юбки», т.е. области вдоль внешнего периметра без непосредственного контакта с туннельным барьером, вызывают сильную деградацию энергетического разрешения детекторов.

5. Для детекторов с пассивным ТШЬ-электродом обнаружена сильная нелинейность отклика детектора, обусловленная собственной рекомбинацией неравновесных квазичастиц.

6. В рамках диффузионной модели рассмотрено влияние рекомбинационных потерь на сигнал СТП-детектора. Впервые дано согласованное описание, как формы спектральной линии детектора, так и зависимости амплитуды сигнала от энергии поглощенного кванта. Показано, что собственная рекомбинация неравновесных квазичастиц является одним из основных механизмов деградации энергетического разрешения. Предложена простая формула для оценки вклада рекомбинационных потерь в сигнал детектора.

7. Для детекторов ТШЬ(1)/А1,А10х/А1(2)/МЬ(2)/1чШ были изучены амплитуды сигналов и спектральная ширина линии в зависимости от площади и толщины электродов, приложенного напряжения и рабочей температуры. Показано, что увеличение толщин слоев №(1) и №(2) ведет к улучшению характеристик детекторов. В частности, увеличение толщины верхнего электрода увеличивает эффективность детектора, уменьшает уровень фона и снижает нелинейность отклика

детектора. Увеличение толщины слоя 1МЬ(1) ослабляет нежелательный сигнал нижнего пассивного электрода. 8. Проведено теоретическое рассмотрение полосковых (стриповых) позиционно-чувствительных СТП-детекторов. На основе двумерной диффузионной модели рассмотрено влияние краевых и рекомбинационных потерь квазичастиц на сигнал детектора и на ширину и форму спектральной линии. Показано, что зависимость амплитуды сигналов от координаты поглощения кванта в поперечном направлении ведет к деградации энергетического разрешения.

5. Научная и практическая ценность работы

На основе двумерной диффузионной модели рассмотрены основные механизмы, определяющие формирование сигнала СТП-детекторов. Показано, что такие процессы, как собственная рекомбинация квазичастиц и потери квазичастиц в области периметра электродов, приводят к ухудшению энергетического разрешения. Проведено сравнение модели с экспериментом. Определены условия, позволяющие ослабить влияние этих процессов.

Впервые рассмотрены собственные шумы СТП-детекторов в условиях конкуренции электронного и дырочного каналов туннелирования.

Проведены экспериментальные исследования СТП-детекторов с пассивным электродом. Для детекторов структурой Т1/НЬ/А1,А10Х/АШЬ/1^ЬН в которой электрод Т1/ТЧЬ является пассивным, получено энергетическое разрешение на уровне 90 эВ на линии 6 кэВ, что в =1.7 раза лучше разрешения полупроводниковых детекторов.

Впервые проведено теоретическое рассмотрение стриповых позиционно-чувствительных СТП-детекторов на основе двумерной диффузионной модели. Рассмотрено влияние краевых и рекомбинационных потерь квазичастиц на ширину и форму спектральной линии.

Результаты работы могут быть использованы при создании как отдельных СТП-детекторов, так и матриц СТП-детекторов, работающих в оптическом, ультрафиолетовом или рентгеновском диапазонах. Полученные данные являются основой для разработки стриповых позиционно-чувствительных СТП-детекторов. Результаты исследований могут быть использованы в НИИЯФ МГУ, на Физическом факультете

МГУ, в Физическом институте им. П.Н. Лебедева (ФИАН) РАН, в Институте радиотехники и электроники (ИРЭ) РАН, в Национальном исследовательском ядерном университете (МИФИ), в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ Дубна), в Национальном исследовательском центре «Курчатовский институт».

6. Достоверность результатов.

Достоверность результатов диссертации подтверждается повторяемостью или близостью экспериментальных данных, полученных в различных сериях измерений и для подобных образцов. Экспериментальные данные и их анализ подтверждаются опубликованными данными других авторов в тех случаях, когда сравнение оказывается возможным. Состоятельность физических моделей, предложенных автором, подтверждается согласием проведенных им расчетов с экспериментом. Экспериментальные результаты и предложенные физические модели обсуждались на ряде отечественных и зарубежных конференций, в том числе на устных докладах автора.

7. Личный вклад автора

Основные результаты, представленные к защите, получены непосредственно автором или при его определяющем участии.

Первоначальная постановка задачи по исследованию и разработке прецизионных детекторов на основе сверхпроводящих туннельных переходов принадлежит профессору B.C. Шпинелю. В период с 1998 по 2002 г. была открыта госбюджетная тема по исследованиям криогенных детекторов, руководителями темы являлись профессор B.C. Шпинель и с 2000 г. автор настоящей диссертации. В период с 1999 по 2002 автор являлся исполнителем двух грантов РФФИ по тематике «Создание криогенных туннельных детекторов ядерных излучений ...». Под руководством автора выполнены две дипломные работы на Физическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова.

Вклад автора в основные этапы работы: 1. Экспериментальная установка: Разработка чертежей и изготовление гелиевого криостата с вакуумной камерой и сверхпроводящим соленоидом. Проектирование и изготовление измерительной

вставки в транспортный гелиевый дьюар. Изготовление системы откачки паров гелия.

Создание системы цифровой записи вольтамперных характеристик и временных разверток сигналов СТП-детекторов, разработка необходимого программного обеспечение. Вклад автора в перечисленные работы является основным.

2. Экспериментальные исследования СТП-детекторов до 2002 г., в том числе детекторов с простой структурой (ЫЬ/А1,АЮХ/А1/ЫЬ) и детекторов с пассивным электродом А1/№, проводились совместно с сотрудниками ОЯСМ НИИЯФ МГУ М.Г. Козиным и И.Л. Ромашкиной.

Анализ временной формы сигналов, разработка теоретических моделей и сравнение с экспериментом были выполнены при основном вкладе автора.

3. Экспериментальные исследования СТП-детекторов со структурой ТШЬ/А1,АЮХ/А1/ЫЬ/№>К, имеющих пассивный электрод Т1/ЫЬ, проводились автором самостоятельно. Автору принадлежит основной вклад в экспериментальные исследования эффектов собственной рекомбинации неравновесных квазичастиц, в изучение нелинейности отклика детектора в зависимости от энергии кванта и в анализе данных на основе диффузионных моделей. Автором выполнены исследования по оптимизации параметров СТП-детекторов с 'П-подслоем и проведен анализ остаточных сигналов пассивного электрода.

4. Разработка двумерной диффузионной модели для одиночных и стриповых СТП-детекторов проводилась в соавторстве с снс Факультета вычислительной математики и кибернетики МГУ В.П. Горьковым. Автор имеет основной вклад в постановку задачи, в определение исходных параметров счета, в анализе расчетных данных, сравнении расчета с экспериментом и подготовке материалов к печати.

5. Анализ собственных шумов СТП-детекторов был выполнен совместно с профессором МИФИ В.В. Самедовым. Автор имеет основной вклад в постановку задачи, анализ полученных выражений, расчет зависимости собственных шумов от напряжения на детекторе и в подготовке материалов к печати.

8. Апробация результатов работы и публикации.

Основные результаты работы в период 1993-2010 г. докладывались на 9 Российских конференциях по ядерной физике и 8 международных конференциях по низкотемпературным детекторам (ЦГО-7 - 13), а также на нескольких международных конференциях по физике твердого тела. Работы были представлены автором в виде устных и стендовых докладов.

На тему диссертации опубликовано 54 работ, из них 22 статьи (13 научных статей опубликовано в журналах, определенных ВАК или входящих в международные системы цитирования).

9. Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из Краткой характеристики работы, 10 глав и Заключения, которое содержит основные результаты и выводы работы. Диссертация содержит 385 страниц машинописного текста, в том числе 157 рисунков и 15 таблиц.

Краткое содержание работы по главам.

В разделе Краткая характеристика работы обоснована актуальность работы, сформулирована ее цель, указаны основные положения, выносимые на защиту, и новизна полученных результатов. Приводится краткое содержание диссертационной работы по главам.

В первой главе излагается принцип работы СТП-детекторов. Детекторы представляют собой сверхпроводящие переходы, т.е. состоят из двух сверхпроводящих электродов, разделенных тонким изолирующим барьером. При поглощении кванта излучения в одном из электродов происходит разрушение куперовских электронных пар и образуется облако неравновесных квазичастиц. Их туннелирование через изолирующий барьер создает сигнал СТП-детектора. Энергия связи квазичастицы в куперовской паре мала и равна ширине сверхпроводящей щели А к 1 мэВ. Поэтому число неравновесных квазичастиц будет примерно на 3 порядка больше, чем число носителей тока, возникающих в полупроводниковых детекторах. Именно это обстоятельство позволяет существенно улучшить энергетическое

разрешение и снизить порог регистрации в СТП-детекторах.

Простые формулы для оценки характеристик СТП-детекторов имеют следующий вид:

n0=e/s, ае5 = 2355л[¥ёё, б = 1.7 а, (1)

где n0 - число неравновесных квазичастиц, образующихся в сверхпроводящем поглотителе при поглощении кванта с энергией Е; ДЕ5 - собственная ширина спектральной линии, измеренная на ее полувысоте (энергетическое разрешение); е - энергия, идущая на образование одной квазичастицы; F- фактор Фано, F- 0.2 [1].

Из формул (1) следует, что собственное энергетическое разрешение для рентгеновских квантов с типичной энергией 6 кэВ составляет около 4 эВ (отметим, что кремниевые полупроводниковые детекторы имеют энергетическое разрешение около 150 эВ).

Далее в главе 1 рассматривается идея энергетической ловушки и режим многократного туннелирования квазичастиц [2]. Для создания квазичастичной ловушки электрод СТП-детектора изготовляется из 2-х слоев, материалы которых имеют различные температуры сверхпроводящего перехода Тс и, следовательно, различные Д. Вблизи барьера располагается тонкий слой из сверхпроводника Si с меньшей Тс и с малой щелью Д|. Второй слой сверхпроводника S2 с большей Тс и большей щелью Дг имеет большую толщину и является основным поглотителем квантов излучения. При поглощении кванта образуется облако неравновесных квазичастиц, которое быстро распространяется по толщине электрода. В области первого слоя Si вблизи туннельного барьера проходит релаксация квазичастиц к границе щели, в результате чего квазичастицы оказываются локализованы в этой области. Соответственно, плотность квазичастиц и скорость их туннелирования 7т возрастают. При локализации квазичастиц в энергетической ловушке можно также ожидать ослабления процессов их гибели, т.к. квазичастицы не могут выходить на внешнюю поверхность электрода.

Режим многократного туннелирования квазичастиц состоит в том, что неравновесные квазичастицы, которые протуннелировали в противоположный электрод, не выходят из игры, а продолжают участвовать в туннелировании уже в противоположном направлении и также дают положительный вклад в сигнал детектора. Положительный вклад обратного туннелирования связан с тем фактом, что

туннелирование идет преимущественно дырочным, а не электронным каналом (более подробно эти вопросы рассмотрены в главах 4 и 5).

Усиление сигнала детектора за счет многократного туннелирования квазичастиц представлялось очень интересным и важным, поскольку оно позволяет отстроиться от электронных шумов, что особенно важно при регистрации квантов малых энергий, например, при работе в оптическом или инфракрасном диапазонах.

В заключении главы 1 формулируется цель настоящей диссертационной работы: изучение физических процессов и разработка основ создания сверхпроводящих туннельных детекторов ядерных излучений с многослойной структурой электродов, реализующих принцип энергетических ловушек для квазичастиц.

Во второй главе излагается методика эксперимента. Приводится описание криогенной и электронной аппаратуры. Сформулированы требования к образцам СТП-детекторов, описана методика их изготовления и дается описание экспериментального чипа.

СТП-детекторы изготавливались в ИРЭ РАН в лаборатории В.П. Кошельца. На чипе располагалось 5 СТП-детекторов с различными площадями электродов: 400 мкм2 (А), 400 мкм2 (В), 1600 мкм2 (В), 6400 мкм (С) и 20000 мкм2 (Е), в скобках даны обозначения детекторов. В плане детекторы имели форму ромба с отношением диагоналей 2:1 или 4:1. Токоподводящие дорожки изготавливались из № и имели ширину 5 - 10 мкм. На рис. 1 даны фотографии отдельного СТП-детектора и чипа в целом, полученные с помощью электронного микроскопа.

Рис. 1. Электронные фотографии СТП-детекторов А1/ША1/А10Х/АШЬ/>Ш (толщины слоев 40/50/6/2/15/150/30 нм, соответственно): а) Детектор с размерами диагоналей 40*80 мкм2; б) общий вид чипа.

Напыление туннельного перехода, включая все слои электродов и изолирующий барьер, проводилось в одной напылительной установке без промежуточной разгерметизации [3]. Использовался метод магнетронного распыления в атмосфере аргона. Вначале на кремниевую подложку наносился буферный слой аморфной окиси алюминия А10х, затем напылялся нижний электрод. В качестве изолирующего барьера использовался тонкий слой окиси алюминия А1203. Для его создания на нижний электрод вначале напылялась тонкая пленка металлического А1 (я 6 нм), затем в напылительную камеру напускался газообразный кислород, и проводилось окисление поверхности А1. Толщина окиси А1203 оценивалось в 2 нм. Варьируя давление кислорода и время выдержки можно было создавать изолирующие барьеры различной прозрачности. Оптимальное сопротивление барьеров было определено экспериментально и составляло Км8=400 ^>*|хт2, где Лм - омическое сопротивление барьера при температурах выше сверхпроводящего перехода, Б - площадь барьера. После создания туннельного барьера напылительная камера откачивалась до высокого вакуума, и проводилось напыление верхнего электрода.

Электроды детекторов имели мелкокристаллическую структуру с

размером кристаллитов около 10 нм. Как правило, верхний и нижний электроды состояли из нескольких слоев сверхпроводников, имеющих различные температуры сверхпроводящего перехода. Тем самым обеспечивались условия для создания энергетических ловушек для неравновесных квазичастиц, что позволяло увеличить скорость туннелирования и ослабить их потери. Общая последовательность слоев СТП-детекторов

описывалась структурной формулой, где отдельные слои отделялись косой чертой. Например, формула

6 8 9 10 11

Рис. 2. Схематический разрез СТП-детектора Т1/ША1,АЮХ/А1/МЬ/ШЧ. 1 - подложка, 81; 2 - слой АЮХ; 3 -слой Т1 нижнего электрода; 4 - слой ЫЬ нижнего электрода; 5 - туннельный барьер А1,А10Х; 6 - изоляция 8Ю2; 7 -токоподвод ТШЬ; 8 - слой А1 верхнего электрода; 9 - слой №> верхнего электрода; 10 - слой верхнего

электрода; 11 - токоподвод, №>.

Таблица 1. Основные образцы СТП-детекторов. 1-ый столбец - обозначение образца, буква К - соответствует квадратной форме электродов, буква Р - ромбической форме электродов, буквы А, В, С и Е соответствуют различным площадям электродов; - удельное нормальное сопротивление туннельного барьера; Дь и Д, сверхпроводящие щели нижнего и верхнего электродов, [мэВ].

Название Структурная формула Толщины электродов, нм П*мкм2 Дь, А*

И4 К МЬ/А1,А10Х/МЬ 200/4,2/450 1760 1.36 1.36

и К ША1,АЮХ/1ЧЬ 200/4,2/450 1200 1.44 1.3

Я1-4-(В-С) Р ША1,А10Х/МЬ 240/4,2/120 2000 1.33 1.44

81-1-В Р ША1,АЮХЛМЬ/(1<Ш) 100/4,2/200/30 1050 1.4 1.4

Ш-4-В Р ША1ДЮХ/А1/М>/(ШЧ) 100/4,2/20/200/30 3200 1.33 0.77

X, У Р №>/А1,А10„/КЬ/(КЬМ) 100/4,2/200/30 660 1.4 1.4

В1-4-П Р ША1,АЮХ/А1/КЬ/(М)К) 100/4,2/15/200/30 325 1.36 0.96

Е-4-(В-С-Е) Р АШЬ/А1,АЮх/А1/ЫЬ/Щч[ 40/50/4,2/15/150/30 350 1.25 0.88

Р-1-(В-С-Е) Р АШЬ/А1,А10Х/А1/МЬ/ШЧ 40/50/4,2/15/150/30 350 1.25 0.88

А8-4-(В-С) Р, юбка ТШЬ/А1,А10Х/АШ>/(ШЧ) 30/100/4,2/13/150/30 320 1.32 0.94

А8-3-(В-Е) Р, юбка Т1/даА1Д10х/А1/Ш(№>К) 30/100/4,2/13/150/30 330 1.32 0.94

А9-4-(В-С) Р Т1/МЪ/А1,А10Х/А1ЛМЬ/(№К) 30/100/4,2/13/150/30 420 1.34 0.94

А18-4-(В-С-Е) Р ТШЬ/А1,АЮХ/А1№/(ШЧ) 30/150/4,2/13/200/30 410 1.33 0.93

А21-1-(С-Е) Р Т1/КЬ/А1,АЮ,/А1М)/(ШЧ) 30/150/4,2/12/200/30 410 1.33 0.97

А22-4-(А-С) Р Т1/ЫЬ/А1ДЮХ/А1МЪ/(1ЧЪК) 30/150/4,2/11/200/30 360 1.31 0.99

А32-4-(В-С-Е) Р Т1/ША1,АЮх/А1/1\1Ь/(Шч[) 30/150/4,2/14/250/30 250 1.34 0.92

А37-4-(В-С-Е) Р Т1/ША1,АЮХ/А1ЛЧЬ/(М)№) 30/150/4,2/13/250/30 410 1.33 0.93

А38-1-В Р, юбка Т1/ША1,А10Х/А1/Ш(Ш\[) 30/150/4,2/12/250/30 440 1.34 0.98

А37-4-(В-С-Е) Р, юбка Т1/№/А1,А10х/А1/ЫЪ/(ШЧ) 30/150/4,2/13/250/30 410 1.33 0.93

Т^Ь/АЬАЮх/АШЬ/ЫЬЫ соответствовала детектору, в котором нижний электрод состоял из двух слоев Л и №>, а верхний электрод состоял из трех слоев А1, N5 и ЫЬЫ. В таблице 1 дается перечень основных исследованных образцов СТП-детекторов, приводится их структура и основные параметры. На рис. 2 приведено схематичное изображение разреза СТП-детектора.

Испытания туннельных детекторов проводились при температурах 4.2 - 1.25 К. Комплекс экспериментальной аппаратуры позволял проводить измерения вольтамперных характеристик (ВАХ) СТП-детекторов и регистрировать амплитудные спектры импульсов, возникающих при облучении детекторов рентгеновскими квантами. В работе также использовалась цифровая запись сигналов, которая позволяла записывать временные развертки сигналов в память компьютера с целью проведения детального анализа их временной формы.

В качестве источников рентгеновских лучей использовались радиоактивные источники 55Ре, спектр излучения которых содержал две рентгеновские линии МпК„ и МпКр с энергиями 5.9 кэВ и 6.5 кэВ. Для создания дополнительных рентгеновских линий источник 55Ре окружался флуоресцентными экранами из Т1 или других материалов.

Основные измерения проводились в гелиевом криостате с откачкой паров гелия. Исследуемые образцы помещались в герметичную камеру, которая заполнялась газообразным гелием. Смена образцов проводилась через фланец с индиевым уплотнением. Постоянное магнитное поле напряженностью до 1000 Эрстед создавалось сверхпроводящим соленоидом. Поле было ориентировано вдоль короткой диагонали ромба и вдоль токоподводов. Магнитное поле обеспечивало подавление постоянного джозефсоновского туннельного тока и резонансных мод Фиски. Ромбическая форма электродов позволяла уменьшить используемые магнитные поля. Для ослабления электромагнитных наводок и помех, капка криостата, включая основные электронные блоки, была окружена медным экраном, на котором были установлены электронные фильтры во всех цепях, входящих внутрь экрана.

В третьей главе даны результаты исследований вольт-амперных характеристик СТП-детекторов. Вначале рассмотрены вопросы экспериментального определения основных параметров туннельных переходов при гелиевых (4.2 К) температурах и отбора образцов по этим параметрам. Затем рассматриваются вопросы подавления постоянного джозефсоновского тока магнитным полем, в том числе в нестандартной геометрии при ромбической форме электродов.

Показано, что при наложении магнитного поля вдоль диагонали ромба джозефсоновский ток уменьшается обратно пропорционально квадрату поля. При этом ослабление джозефсоновского тока в туннельных переходах с отношением диагоналей 4:1 происходит более быстро, чем в случае квадратных электродов и в ромбах с отношением диагоналей 2:1.

Ступеньки Фиски [4] проявляются на ВАХ при наложении магнитного поля. Они являются крайне нежелательными особенностями ВАХ СТП-детекторов, поскольку являются областями с нулевым дифференциальным сопротивлением, для которых характерны максимальные электронные шумы. Соответственно, рабочее напряжение СТП-детектора должно выбираться при значениях напряжения между ступеньками.

На рис. 3 приведены экспериментальные значения напряжений Фиски, измеренные при Т=4.2 К для ромбических СТП-детекторов при отношении диагоналей (2:1). Из графика видно, что по мере увеличения площади детекторов ступеньки Фиски располагаются все более часто, что затрудняет выбор рабочего напряжения. Амплитуды ступенек Фиски ослабляются при увеличении магнитного поля аналогично закономерностям для постоянного джозефсоновского тока, т.е. они имеют осциллирующую затухающую зависимость. При этом соседние

моды Фиски осциллируют в противофазе, поэтому невозможно подобрать значение магнитного поля, обеспечивающего зануление, как постоянного джозефсоновского тока, так и всех мод Фиски Vpn, mV одновременно. С точки

зрения работы СТП-Рис. 3. Напряжения ступенек Фиски для детекторов магнитное поле СТП-детекторов различных размеров при должно обеспечивать

отношении диагоналей (2:1): А - (40*20) ослабление с к фиски мкм , В- (80*40) мкм -, С - (160*80) мкм 2,

Е - (280*140) мкм 2. Образец А37-* Д° УР0ВНЯ или

Ti/Nb/Al,A10x/Al(2)/Nb/NbN. Т=4.2 К. меньшего, чем

квазичастичный ток при низких рабочих температурах. Эксперимент показал, что магнитные поля напряженностью около 150-170 Эрстед достаточны для выполнения этих требований при рабочих температурах вблизи 1.3 К.

Следует отметить, что в этой области температур наблюдаемая структура ступенек Фиски заметно усложняется.

В следующем разделе главы 3 рассматриваются основы теории близости [5], которая описывает свойства многослойного сверхпроводящего электрода. На основании этой теории рассчитываются результирующая сверхпроводящая щель, плотность квазичастичных состояний, которая в данном случае изменяется по глубине электрода, скорости релаксации и рекомбинации квазичастиц. В настоящей работе квазичастичные ловушки вблизи туннельных барьеров создавалась в би-слоях А1-№>. Пара А1-ИЬ удобна как с точки зрения сверхпроводящих параметров, так и с точки зрения методики изготовления. В главе 3 приводятся экспериментальные данные относительно зависимости сверхпроводящей щели в А1-слое ловушки, Д,гар, от толщины слоя А1, полученные для би-слоев №>-А1 в настоящей работе и в работах других авторов.

В последнем разделе главы 3 рассмотрен вид реальных ВАХ при низких температурах, Т ~ 1.3 К. Понижение рабочей температуры СТП-детекторов необходимо как для ослабления процессов рекомбинации

неравновесных квазичастиц, так и для обеспечения электрических параметров, отвечающих низкому уровню электронных шумов.

Экспериментально показано, что ВАХ при низких температурах радикально отличается от ВАХ при Т = 4.2 К. Изменение ВАХ с температурой не следует простой модели БКШ и характеризуется дополнительными субщелевыми вкладами в квазичастичный ток, которые ухудшают электрические характеристики детекторов (см. рис. 4). Наиболее вероятным механизмом усиления квазичастичного тока являются процессы многочастичного туннелирования [6].

Общим результатом третьей главы является определение комплекса требований к условиям эксперимента и качеству образцов, обеспечивающих успешную работу туннельных детекторов.

Рис. 4. ВАХ при различных температурах для СТП-детектора №/А1,А10/ЫЬ/ЫЬ1Ч, Д,=ДЬ=1.36 мэВ: а) Т=4.2 К; Ь) Т=2.25 К и Т=1.46 К; с) Т= 1.41 К.

Четвертая глава посвящена анализу амплитуды и временной формы сигналов СТП-детекторов. Сигналом детектора 0 является накопленный заряд, перенесенный туннельным током неравновесных квазичастиц. Энергетическая диаграмма туннельного перехода приведена на рис. 5, где использовано простое полупроводниковое представление. Куперовские пары расположены на уровне Ферми ЕР, ширина запрещенной зоны равна 2Д. При энергиях Е > ЕР + Д располагаются квазиэлектронные состояния, при Е < ЕР - Д -квазидырочные. При поглощении кванта излучения неравновесные квазичастицы образуются только в одном электроде (электрод 1 на рис. 5). Здесь они быстро равнозаселенно распределяются между квазиэлектронными и квазидырочными состояниями, поскольку скорость межзонного смешивания очень велика [7]. В результате туннелирования квазичастицы переходят в противоположный электрод, где они также перераспределяются между электронными и дырочными состояниями. Штриховкой показаны заполненные квазичастичные состояния, дающие вклад в туннельный ток. Стрелками указаны каналы туннелирования: 1 е и 2е - туннелирование квазиэлектронов из 1 -ого и 2-ого электродов; 1Ь и 2Ь - дырочное туннелирование. Напряжение на детекторе обозначено УА.

Избыточные квазичастицы вызывают дополнительный туннельный

ток Гт (/) :

4(0=^.(0, (2)

где / - время, е - заряд электрона, - число

избыточных квазичастиц в ]-ом

электроде, константа у'т -скорость туннелирования

квазичастиц по ¡-ому каналу. При больших напряжениях УА туннелирование по каналам 1И и 1е закрывается. В этом случае для оценки скоростей туннелирования 1е и 2Ь используется выражение: ' 1 7т ~ 4е~МРс1;АтЯм ' (3)

Рис. 5. Энергетическая диаграмма туннельного перехода. Стрелками показаны каналы туннелирования: 1е и 1Ь - электронный и дырочный канал из 1-ого электрода. 2е и 211-туннелирование из 2-ого электрода.

где nf - плотность электронных состояний на поверхности Ферми для одного направления спина в материале, из которого изготовлены электроды СТП-детектора, ds - толщина j-электрода, ат - площадь туннельного барьера, Rn - нормальное сопротивление туннельного барьера.

Неравновесные квазичастицы подвержены различным процессам

гибели, которые можно охарактеризовать скоростной константой уL..

Для каждого электрода вводится вероятность туннелирования квазичастицы по электронному каналу Pei, вероятность туннелирования по дырочному каналу Phi и вероятность гибели квазичастицы PL.

у±_, Р.= . у1-, р.=_YJ±_ (4)

PeJ гигЧ+Уц ы r?+r? + rLj' Рц~г1+г?+гц

Вероятности нормированы на единицу: Вероятность

туннелирования квазичастицы Р^+Рц, в общем случае, отличается от переноса заряда = Р^-Рщ,. Коэффициент переноса заряда равен кг,=(Ре|-Рь1У^1 и кг2=(рь1-рс2)1рог.

Общее выражение для сигнала СТП-детектора с учетом многократного туннелирования и наличия электронного и дырочного каналов туннелирования дается выражением [А7, А8]:

(~) -М (Р,А~Р>,\) е1~Р>,2)(Ру_1_р , к р р (5)

0 0 0-(г^РЛР.+Ы) 0 О1 " 2 е'

где индексом 1 обозначен электрод, где произошло поглощение кванта.

В диссертации приведен подробный анализ амплитуды сигналов СТП-детекторов для различных соотношений между вероятностями туннелирования Рщ и потерь и в зависимости от приложенного напряжения Ул. Детально рассмотрен случай асимметричных переходов, А! ф Д2. Поскольку в эксперименте рентгеновские кванты поглощаются в обоих электродах с примерно равной вероятностью, то и расчеты проводились для обоих электродов. Показано, что в асимметричных СТП-детекторах при больших потерях (^¡-->0), сигналы, отвечающие поглощению в разных электродах, могут иметь противоположную полярность. При малых потерях > 1) детекторы работают в режиме многократного туннелирования, и происходит заметное усиление амплитуды сигнала. В этом случае сигналы, отвечающие обоим электродам, имеют обычную полярность.

Далее рассматривается временная форма сигналов, которая получается как решение системы линейных уравнений [А7, А8, 8]. Приводятся общие выражения для режима многократного туннелирования, из которых следует, что временная форма сигналов описывается суммой 2-х экспоненциальных членов. Член с быстрой экспонентой описывает установление квазиравновесного распределения квазичастиц между электродами детектора. Член с медленной экспонентой описывает уменьшение общего числа квазичастиц со временем вследствие их гибели.

В следующем разделе проводится анализ временной формы экспериментальных сигналов для ряда детекторов, имеющих простую структуру электродов. Идея работы состояла в параллельном анализе сигналов, возникающих при поглощении квантов в верхнем и в нижнем электродах детектора.

На рис. 6 показан пример импульсных сигналов противоположной полярности, зарегистрированных СТП-детектором с асимметричным туннельным переходом ( Д, * Д2 ) [A3, А4]. В соответствии с приведенными расчетами, сигналы с аномальной отрицательной полярностью наблюдались для электрода с большей щелью при

напряжениях смещения vd < (Abase - ДюР)/е. При увеличении напряжения (Fd > (Abase -Atop)/e) полярность сигнала изменялась и совпадала с полярностью сигналов

электрода с меньшей щелью.

Временная форма

экспериментальных сигналов действительно описывалась суммой 2-х членов с различными экспонентами нарастания. Однако,

относительные веса

экспоненциальных членов не соответствовали проведенным расчетам. Анализ показал, что существенный вклад в сигнал может вносить

перераспределение первоначального возбуждения между электродами детектора посредством обмена 2Д-фононами [А6-А8].

-20

AW«»/. 1,1..

10 20 30 40 50 t, ps

-.-1-.-1-i

I, ре

Рис. 6. Сигналы СТП-детектора при ^ < (Аь;15С-А1ор)/с. а) Сигнал поглощения кванта в верхнем электроде, нормальная полярность. Ь) Сигнал поглощения кванта в нижнем электроде, аномальная полярность.

В заключительном разделе главы 4 предложена концепция трехслойного электрода АШЬ/ЫЬИ. Здесь все слои являются сверхпроводниками, однако имеют различные температуры сверхпроводящего перехода Тс и, соответственно, различные сверхпроводящие щели Д. Слой ниобия (температура сверхпроводящего перехода Тс = 9 К, сверхпроводящая щель Д = 1.4 мэВ) служит основным слоем, поглощающим кванты излучения (толщина слоя 150 - 300 нм). Тонкий слой А1 (Тс = 1.2 К, Д = 0.2 мэВ) напыляется вблизи туннельного барьера и служит слоем-ловушкой. Этот слой обеспечивает концентрацию неравновесных квазичастиц вблизи барьера. Толщина слоя А1 - 10-30 нм. Внешний слой напыляется в виде соединения ИЫЧ, которое имеет максимальную Тс = 12-44 К и Д = 2.6 мэВ и служит защитным отражающим слоем (толщина 30 нм). Такая структура электрода обеспечивает условия для направленной диффузии неравновесных квазичастиц к туннельному барьеру. В такой конструкции увеличивается скорость туннелирования неравновесных квазичастиц ут и ослабляется скорость их гибели уь.

В пятой главе рассмотрены электронные шумы и собственная ширина линии СТП-детекторов. Электронные шумы в значительной степени определяются большой электрической емкостью СТП-детекторов. Так для детектора площадью 100*100 мкм2 емкость составляет около 500 пФ. В диссертации приведены общие формулы для оценки электронных шумов, и выполнены расчеты электрических параметров туннельных переходов, обеспечивающих заданный уровень шумов в энергетических единицах. Показано, что для обеспечения малых электронных шумов, на уровне 10-50 эВ, необходимо выполнение жестких ограничений на электрические параметры и рабочую температуру туннельных переходов.

Собственные шумы СТП-детекторов определяются двумя вкладами: флуктуациями числа первоначально образовавшихся квазичастиц и флуктуациями процесса туннелирования. Формула для общей ширины линии аег, включая собственную ширину и электронный шум, имеет

где Р - фактор Фано, С - туннельный флуктуационный фактор, ое -эквивалентный шумовой заряд, Qs - амплитуда сигнала в единицах собранного заряда.

вид [9, А11]:

(6)

Для собственной ширины линии впервые рассмотрен общий случай, учитывающий как многократное туннелирование квазичастиц, так и наличие двух каналов туннелирования квазичастиц (электронного и дырочного) [All], Наиболее простой вид формула для G-фактора приобретает для симметричного СТП-детектора, когда Pq] = Pq 2= Pq и kzi — kz2=kz.

1 PQ

G = 1 +—r—, (7)

kz2n 1 -PQ

где n - среднее число туннелирований для одной квазичастицы.

Из полученных выражений следует, что конкуренция каналов туннелирования приводит к дополнительному уширению спектральной линии. Проведены расчеты собственной ширины в зависимости от приложенного напряжения Vd для случаев симметричного (Дь = At) и асимметричного (Дь ф At) СТП-детекторов. Минимальный уровень собственных шумов обеспечивается при больших напряжениях Fd > | Дь-At) | /е + квТ/е, когда туннелирование квазичастиц идет только по одному каналу.

Шестая глава посвящена диффузионной модели СТП-детекторов. В начале главы представлены экспериментальные спектры, полученные для ряда СТП-детекторов, которые демонстрируют сильное уширение спектральной линии. С учетом этих данных проведен анализ основных физических процессов, происходящих в электродах после поглощения кванта, и рассмотрено их влияние на спектральную линию.

Далее сформулирована двумерная диффузионная модель туннельного детектора [10, А12]. Неравновесные квазичастицы характеризовались функциями плотности n,(x,y,t) и n2(x,y,t) для обоих электродов, где {х,у) - пространственные координаты в плоскости электродов, t - время. Поскольку толщины электродов много меньше их размеров, задача рассматривалась, как двумерная. Плотности квазичастиц и, и и2 входили в систему дифференциальных диффузионных уравнений

—1 + -ТУ" ~ 7л"i ~ ГиЧ ~ Ri "14 ГтгЩ'

,0 = А

дхг ду

д п2 д я,

'dxr + w

-Утг^-Ги^г-К^г+Гп"^ ^

где Д и D2 - коэффициенты диффузии, члены Ут\п\ и Ут2п2 описывали туннелирование квазичастиц из 1-ого и 2-ого электродов,

члены /ип1 и У 12^2 описывали гибель квазичастиц в объеме электродов и члены 7?, /7,2 и 7?, ^ отвечали собственной рекомбинации квазичастиц, здесь Л. - эффективный коэффициент рекомбинации.

Начальные условия для системы уравнений (8) задавались в виде Гауссова распределения в электроде, в котором произошло поглощение

кванта

N / nl(x,y,t = 0) = —уехр

(9)

(х-х0)2+(>>->>0)2

V «о' у

n2(x,y,t = 0) = 0,

где (х0,у0)- координаты поглощения кванта, а0 - размер начальной области, которую занимают квазичастицы после окончания процесса термализации. В тех случаях, когда это было возможно, Гауссово распределение заменялось 5-функцией.

Граничные условия системы (8) использовались для описания возможных потерь квазичастиц на боковых гранях электродов [11]. Они имели вид краевых условий третьего рода:

Af*-+«,#!,(/>О и о2^+ап(г)=0, (10)

ОН Он

где производная ^^ бралась вдоль внешней нормали к границе

электрода Г, параметр а характеризовал скорость гибели квазичастиц, щ(Г) - концентрация квазичастиц на границе электрода.

После нахождения решения системы (8) рассчитывался туннельный ток l(t) и собранный заряд Q, которые при наличии граничных или рекомбинационных потерь могли зависеть от координат поглощения кванта (х0,у0):

A', Wo) = еЦ(ГтЛ + Утгп2 )dxdy, (11)

GT

00 о

где интегрирование велось по площади туннельного барьера GT и времени t.

На основе полученной зависимости собранного заряда Q от координат (хо.Уо) рассчитывалась форма спектральной линии и ее ширина.

В главе б проведено подробное рассмотрение различных решений данной задачи для случая нулевых рекомбинационных потерь

(Я* = 0). В частности, рассмотрены решения для одного активного

электрода прямоугольной формы, для двух активных электродов (режим многократного туннелирования), а также проведены численные расчеты спектральной линии для детекторов ромбической формы, исследованных в настоящей диссертации, для случаев одного и двух активных электродов [А10, А12].

а) 80*40 мкм!

Ь) 160*80шм^

Рис. 7. ЗБ-график зависимости сигнала детектора <2 от координаты поглощения кванта (х0,у0). Расчет для детектора ромбической формы (2:1); длина диффузии Д0 = 20 мкм.

Основной вывод данного раздела состоит в том, что потери квазичастиц на боковых гранях электродов приводят к зависимости амплитуды сигнала от координаты поглощения кванта и, следовательно, к сильному уширению (неоднородному) спектральной линии. На рис. 7 представлены результаты расчетов зависимости сигнала детектора 0 от координаты поглощения кванта (х0, уо), выполненные для двух детекторов, имеющих различные площади электродов. Уменьшение сигнала из-за краевых потерь происходит при поглощении кванта по периметру электрода в полосе, шириной примерно равной двум длинам

диффузии , где те - эффективное время жизни

квазичастиц. Следовательно, улучшение энергетического разрешения следует ожидать при увеличении размеров электродов и уменьшении длины диффузии.

Характерные особенности диффузионной модели были подтверждены при сравнении расчетов с экспериментом. На рис. 8 приведены экспериментальные спектры четырех детекторов, имеющих различные площади электродов. Сплошными кривыми дается их описание по диффузионной модели [А 10]. В соответствии с диффузионной моделью при увеличении размеров детекторов происходит сужение спектральной линии, обусловленное ослаблением вкладов областей, расположенных вблизи боковых граней.

3=400 цш' | а) 400

н Ш А0= 8 цш

/н = 14 цт 200-

100 150

О, 4*103е

[ 8=20000 мт2] Верхний | С1)

электрод |

Нижний

электрод

к

100 150

О, 4*103е

Рис. 8. Амплитудные спектры СТП-детекторов серии 114 с различной площадью электродов. Структура СТП - ЫЬ/А1,АЮХ/А1/ЫШЬ1Ч, толщины слоев (100/6/2/16/200/30 нм). а) Э=400 мкм2; Ь) 8=1600 мкм ; с) 8=6400 мкм ; (1) 20000 мкм 2. Сплошные линии - расчет по диффузионной модели

Расчеты, выполненные для детекторов, работающих в режиме многократного туннелирования квазичастиц, показали, что краевые потери вызывают еще большее уширение спектральной линии, чем в режиме однократного туннелирования. Качественное объяснение этого факта состоит в следующем: в режиме многократного туннелирования увеличивается эффективное время жизни квазичастиц те и, следовательно, увеличивается длина диффузии Ас . Соответственно, возрастает вклад периферийных областей и увеличивается уширение линии. Результаты данных расчетов были подтверждены экспериментально.

На основании экспериментальных данных и выполненных расчетов был сделан вывод, что сужение спектральной линии может быть

получено в детекторах, работающих в режиме однократного туннелирования при условии, что время жизни квазичастиц те достаточно короткое и длина диффузии мала. Для обеспечения такого режима сигнал противоположного электрода должен быть подавлен. Это достигается специальной конструкцией электрода, в который вводится дополнительный слой-ловушка, расположенный со стороны, противоположной туннельному барьеру. Данный слой изготавливается

из материала с малой сверхпроводящий щелью, что приводит к образованию квазичастичной ловушки, которая обеспечивает

быстрое поглощение

неравновесных квазичастиц. Такие детекторы получили название СТП-детекторов с пассивным (или killed) электродом [10, А10].

На рис. 9 приведена схема энергетических зон

детектора с пассивным электродом. Стрелками показано направленное движение квазичастиц.

В седьмой главе рассматриваются экспериментальные данные, полученные при изучении СТП-детекторов с пассивным электродом. Исследовано 2 типа детекторов: детекторы с пассивным Al/Nb-электродом, которые описывались формулой Al/Nb/Al,A10x/Al/Nb/NbN [А9], и детекторы с пассивным Ti/Nb-электродом Ti/Nb/Al( 1),A10x/Al/Nb/NbN [А 13-А 16]. Для всех детекторов основной поглощающий электрод имел трехслойную структуру Al/Nb/NbN. В качестве killed-слоя использовался слой А1 или слой Ti (Тс = 0.5 К, Д=0.06 мэВ). Основные данные были получены для детекторов с Ti-слоем. СТП-детекторы с пассивным электродом имеют два преимущества по сравнению с детекторами, работающими в режиме многократного туннелирования: они позволяют ослабить влияние краевых потерь квазичастиц и исключают дублирование сигнала, возникающее как результат примерно одинакового поглощения рентгеновских квантов в обоих электродах. Кроме того, такие детекторы представляют собой более простые устройства с точки

Рис. 9. Схема зонной структуры СТП-детектора с пассивным электродом. ЕР- энергия Ферми, Уа - напряжение смещения, Д - сверхпроводящая щель.

зрения анализа физических процессов, протекающих в детекторе, поскольку следует учитывать только один электрод.

Амплитуды сигналов Q, времена нарастания

сигналов xRT и ширины спектральных линий ДЕ были изучены в зависимости от

приложенного напряжения Và для детекторов с различными площадями электродов. Наблюдаемое поведение в целом согласовывалось с

диффузионной моделью.

На рис. 10 приведены амплитудные спектры СТП-детектора А21Е,

полученные при облучении рентгеновскими квантами Кн и Кр Мп от источника 55Fe и флуоресцентными квантами Ка Ti. Из рисунка видно, что максимальная амплитуда сигнала и наилучшее энергетическое разрешение наблюдается при напряжениях, соответствующих разности сверхпроводящих щелей электродов

На рис. 11 приведен амплитудный спектр СТП-детектора А18Е, измеренный с лучшей статистикой. На спектре видны линии К„ и Кр Мп, Кц и Кр Ti, Ка Si и Ка А1. Достигнуто энергетическое разрешение на уровне 90 эВ на линии 6 кэВ, что примерно в 1.7 раза лучше, чем в кремниевых полупроводниковых детекторах.

Восьмая глава посвящена рекомбинационным эффектам в СТП-детекторах. С помощью метода рентгеновской флюоресценции изучена зависимость сигнала детектора от энергии поглощенного кванта. Обнаружена сильная нелинейность отклика детектора, обусловленная собственной рекомбинацией неравновесных квазичастиц (см. рис. 12) [А13].

Q, каналы

Рис. 10. Амплитудные спектры детектора Т;/№/А1,А10х/А1/ЫЬ/№Н. Образец А21Е (140*280 мкм2). Генераторный пик соответствует сбору 2.2 106электронов.

Для

интерпретации развита

данных

о

2000

Рис. 11. Амплитудный спектр СТП-детектора А18Е, полученный при

облучении рентгеновскими линиями К0 и Кр Мп. На спектре также видны флуоресцентные К-линии Т1 А1 и 81.

0 50 100 150 200 250 300

| Kct-AI j

1

100

Q, a.u.

диффузионная модель с учетом квадратичного члена собственной рекомбинации квазичастиц. Дано

согласованное описание, как формы спектральной линии детектора, так и зависимости амплитуды сигнала от энергии поглощенного кванта.

Показано, что собственная рекомбинация квазичастиц и краевые потери дают сравнимые вклады в уширение линии [А13 А16].

Предложено приближенное аналитическое выражение для анализа рекомбинационных потерь [А 17]:

где Д^ - уменьшение сигнала вследствие собственной рекомбинации неравновесных квазичастиц при поглощении кванта в центре электрода; Р<}- вероятность туннелирования квазичастицы; - эффективный коэффициент рекомбинации, а0 - радиус начального распределения неравновесных квазичастиц. Рекомбинация сопровождается уходом 2Д-фононов из объема электрода. Соответственно, в (13) с! - толщина электрода; /2д - длина сводного пробега 2Д-фонона; г| - прозрачность границы для ухода фононов; К - константа рекомбинации [7].

Из выражения (13) следует, что рекомбинационные потери ДС*К и рекомбинационное уширение линии зависят от отношения константы рекомбинации Я к коэффициенту диффузии, логарифмически зависят от длины диффузии А и должны уменьшаться при увеличении толщины электрода с/. В главе 8 приведены экспериментальные данные

о зависимости рекомбинационных потерь АОи от напряжения на детекторе У^, которые согласуется с формулой (13) [А17].

В заключительной части главы рассмотрена природа остаточного сигнала,

возникающего при

поглощении квантов в пассивном электроде.

Сигнал пассивного

электрода изучен в зависимости от

приложенного напряжения, энергии поглощенного кванта и толщины электродов. Рассмотрено три возможных механизма возникновения данных сигналов: многократное туннелирование квазичастиц, обмен 2Д-фононами между электродами и туннелирование квазичастиц с уровней в области энергетической ловушки. Показано, что увеличение толщины пассивного электрода является эффективным средством ослабления этих сигналов [А22].

В девятой главе рассмотрены вопросы оптимизации конструкции СТП-детекторов с пассивным электродом. Для этого была исследована серия детекторов Т1/Щ1)/А1,АЮХ/А1(2)/НЬ(2)/ЫЬЫ, имевших различные толщины слоев ЫЬ в верхнем и нижнем электродах, а также толщину слоя А1(2). Амплитуда сигналов и ширина спектральной линии были изучены в зависимости от приложенного напряжения и рабочей температуры. Анализ экспериментальных данных проводился на основе диффузионной модели, учитывающей краевые и рекомбинационные потери квазичастиц. Как было показано в главах 6 и 8, деградация энергетического разрешения связана с зависимостью амплитуды сигнала от координаты поглощения кванта. На рис. 13 схематично изображен график зависимости сигнала от координаты поглощения кванта (хо,уо), полученный в диффузионной модели.

При отсутствии краевых и рекомбинационных потерь сигнал Q не зависит от координаты х0 и равен eNgP¡ (прямая 1 на рис. 13). В этом

случае детектор должен иметь узкую спектральную линию симметричной гауссовой формы. Ширина линии определяется

Рис. 12. Калибровка сигнала СТП-детектора по энергиям. Квадраты - детектор А84С; треугольники - детектор А94С. Кривая 1 - расчет по диффузионной модели. Прямая 2 - сигнал детектора в отсутствии рекомбинации.

г

ш

X

О

флуктуациями туннелирования квазичастиц (собственные флуктуации) и вкладом от электронных шумов.

Рекомбинационные потери ослабляют сигнал на величину ДС^ в центре электрода, и примерно в 2 раза сильнее вблизи его периметра

(кривая 2 на рис. 13). Краевые потери ослабляют сигнал только вблизи периметра электрода на величину Д0В (суммарная кривая 3 на рис. 13). Для оценок можно считать, что эти вклады аддитивны. В результате возникает зависимость

амплитуды сигнала от координаты поглощения кванта, которая приводит к сильному уширению линии и искажению ее формы. По аналогии с ЯМР данное уширение линии можно назвать неоднородным

уширением.

Отметим, что изменение сигнала с координатой х0, происходит в полосе шириной примерно равной длине

Соответственно, для сужения

Рис. 13. Зависимость сигнала (2 от координаты поглощения кванта (х0,Уо) (схема). Кривая 1 - £?(хо,Уо) при отсутствии краевых и рекомбинацион. потерь квазичастиц. Кривая 2 - <2(хо,Уо) в случае только рекомбинационных потерь ДСЗя- Кривая 3 - 6(хо>Уо) ПРИ совместном действии рекомбинационных ДС>К и краевых потерь ДС>В.

диффузии квазичастиц: Ал = спектральной линии необходимо уменьшить следующие параметры: ДОа, ДС>В и отношение (Лд / а), где а - размер электрода (см. рис. 13).

Уменьшение параметра А0/а является одной из основных идей детекторов с пассивными электродами. Длина диффузии до = Л/Вте уменьшается, прежде всего, за счет малого времени жизни

квазичастиц те, которое определяется временем туннелирования тт= ут~'. Эксперимент показал, что наибольшая амплитуда сигнала и наилучшее энергетическое разрешение достигается при напряжениях, соответствующих разности щелей электродов, Ул ~ (Аь- А,)/е, когда

время тт и, соответственно, Лд минимальны.

Размер электрода а является важнейшим параметром в данной идеологии. Лучшее энергетическое разрешение было получено для детекторов С и Е с максимальными площадями: 6400 мкм2 и 20000 мкм . Однако, дальнейшее увеличение площади детекторов ограничено электронными шумам. Фактически, ширина линии являлась результатом действия 2-х факторов: неоднородного уширения линии и вклада электронных шумов. В исследованных СТП-детекторах эти вклады примерно одинаковы. Неоднородное уширение меньше для детекторов с большей площадью. Однако вклад электронных шумов наоборот возрастает при увеличении площади. В результате, ширины линий для детекторов С и Е были примерно одинаковы, около 90 эВ на линии 6 кэВ.

Дальнейшее улучшение энергетического разрешения могло быть достигнуто при уменьшении величин Д0К и А00. Краевые потери Д0В обусловлены деградацией сверхпроводящих свойств на боковых гранях электродов. Уменьшение ДОв связано с подбором методики изготовления туннельных переходов. Отметим, что в процессе выполнения данной работы качество боковых граней электродов было улучшено. В исследуемой серии образцов этот параметр оставался неизменным.

Рекомбинационные потери АОя зависят как от свойств используемых материалов, так и от условий ухода 2Д-фононов из объема электродов. Согласно выражению (13) следовало ожидать уменьшения ДОа при увеличении толщины электрода сI.

Проведенные исследования показали, что увеличение толщин слоев №>(1) и N13(2) ведет к улучшению характеристик детекторов. В частности, увеличение толщины верхнего электрода увеличивало эффективность детектора, уменьшало уровень фона и снижало нелинейность отклика детектора. Увеличение толщины слоя №(1) ослабляло остаточный сигнал нижнего электрода [А22]. Вместе с тем, было обнаружено, что увеличение толщины верхнего электрода приводило к уменьшению скорости туннелирования ут, и, соответственно, к росту длины диффузии Ай , что препятствовало дальнейшему уменьшению ширины линии, которая оставалась на уровне 90 эВ.

Анализ экспериментальных данных показал, что ширина линии определяется 4-мя вкладами. Первый, это собственная ширина линии, ее вклад невелик и составляет примерно 10 эВ. Второй вклад дает неоднородное уширение линии, обусловленное зависимостью амплитуды сигнала от координаты поглощения кванта вследствие

рекомбинационных и краевых потерь квазичастиц. Третий вклад в ширину - это электронный шум. Четвертый - уширение линии вследствие несовершенства методики измерений. Результирующая ширина линии определяется, в первую очередь, неоднородным уширением и вкладом электронных шумов. В работе предложены направления исследований по дальнейшему уменьшению ширины спектральной линии. Оптимистический прогноз по энергетическому разрешению для детекторов данного типа составляет 50 эВ на линии 6 кэВ.

Десятая глава посвящена теоретическому анализу альтернативной конструкции туннельных детекторов, так называемых стриповых детекторов на основе 2-х туннельных переходов (рис 14 а) [12, А21]. Поглощение кванта излучения происходит в сверхпроводящей полоске-поглотителе (1). Возникающие квазичастицы распространяются в обе стороны от точки поглощения и захватываются в области туннельных переходов (1) и (2). Возникающие сигналы Q, и Q2 пропорциональны числу квазичастиц, захваченных каждым переходом. Стриповые СТП-детекторы являются позиционно-чувствительными детекторами, которые позволяют определять как энергию, так и координату, поглощенного кванта. В диссертации развита двумерная диффузионная модель стрипового детектора, учитывающая влияние краевых и рекомбинационных потерь квазичастиц в полоске-поглотителе. В случае нулевой рекомбинации получены аналитические решения [Al 8, А19].

Квант

Рис. 14. а) Стриповый СТП-детектор с двумя сверхпроводящими туннельными переходами: 1 - сверхпроводящая полоска-поглотитель; 2 и 3 - туннельные переходы. Ь) Зависимость суммарного сигнала 6х = + 62от координаты поглощения кванта (х0,уо) (фрагмент).

Для учета рекомбинации проведены численные расчеты [А20, А21].

Показано, что краевые и рекомбинационные потери ведут к зависимости сигналов детектора от координаты поглощения кванта в поперечном направлении и вызывают уширение и искажение формы спектральной линии (см. рис.14-Ь).

На рис. 15 в качества примера приведены расчеты влияния собственной рекомбинации квазичастиц на сигналы стрипового детектора при различных ширинах полоски-поглотителя. На рис. 15а представлена зависимость суммарного сигнала ()у =0+0, от продольной координаты х0 поглощения кванта. Как видно из рисунка, рекомбинационные потери вызывают сдвиг и размытие линии (¡¡^ (я ), которые зависят от ширины полосы Ь. Размытие линии Яъ(хо) обусловлено зависимостью сигналов £>/ и от координаты поглощения кванта в поперечном направлении у0. Типичные зависимости от координаты у0 показаны на рис. 15Ь. На рис. 15с приведены формы спектральных линий для стриповых детекторов различной ширины. Из рисунка видно, что собственная рекомбинация вызывает искажение спектральной линии, все более сильное по мере увеличения ширины полоски-поглотителя.

50 ТОО 150 200 250

х0, а.и.

0.0 0.2 0,4 0,6 0.8 1,0

0,96 0.97 0.98 0.99 1,00 1,01

ууь

О

Рис. 15. Отклик стрипового детектора при различных ширинах полоски-поглотителя в условиях собственной рекомбинации /?ср2*104. а) С?1(хо); Ь) (Нуо) при х0=а/2; с) Форма спектральной линии. 1 - а/Ь=10; 2 - а/Ь=7; 3 - а/Ь=5; 4 - а/Ь=4. Размеры полоски поглотителя (а*Ь); параметры расчета: а/Л0=1, р=1, 11=10, а0=3 мкм

В заключении приведены основные результаты диссертации, выносимые на защиту. Диссертация завершается списками опубликованных работ и использованной литературы.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих журнальных статьях автора:

А1. Шпинель B.C., Андрианов В.А., Козин М.Г. Состояние работ в области криогенных детекторов // Известия РАН. сер. физ. 1995. Т. 59. №11. С. 2-20.

А2. Андрианов В.А., Козин М.Г., Нефедов Л.В., Ромашкина И.Л., Сергеев С.А., Шпинель B.C. Изучение сверхпроводящих туннельных переходов Nb/Al/A10x/Nb для детектирования мягкого рентгеновского и у излучения // Известия РАН. сер. физ. 1996. Т. 60. № 11. С. 184-191. A3. Andrianov V.A., Abramova I.V., Koshelets V.P., Kozin M.G., Romashkina I.L., Sergeev S.A., Shpinel V.S. STJ-detector charge output: bias voltage and applied magnetic field dependence. // Proceedings of 7-th International Workshop on Low Temperature Detectors (LTD-7), edited by S. Cooper, Munich, 1997, P. 71-72. A4. Андрианов B.A., Козин М.Г., Сергеев C.A., Шпинель B.C., Абрамова И.В., Кошелец В.П. Туннелирование неравновесных квазичастиц, возбуждаемых рентгеновскими квантами в несимметричном ссверхпроводящем туннельном детекторе. // Физика низких температур. 1997. Т. 23. № 11. С.1187-1194. А5. Andrianov V.A., Gorkov V.P., Romashkina I.L., Kozin M.G., Romashkina I.L., Sergeev S.A., Shpinel V.S., Dmitriev P.N., Koshelets V.P. Diffusion and back tunneling effects on the energy resolution of superconducting tunnel junction detectors. // Proceedings of the European Conference on Energy Dispersive X-ray Spectrometry. 1998. Bologna, Italy, ed. J.E. Fernandez and A. Tartari. P. 81-85. A6. Andrianov V.A., Dmitriev P.N., Koshelets V.P., Kozin M.G., Romashkina I.L., Sergeev S.A., Shpinel V.S. Back tunneling and phonon exchange effects in superconducting tunnel junction X-ray detectors. // Physica B. 1999. V. 263-264. P. 613-616. A7. Андрианов B.A., Горьков В.П., Козин М.Г., Ромашкина И.Л., Сергеев С.А., Шпинель B.C., Дмитриев П.Н., Кошелец В.П. Электронные и фононные эффекты в сверхпроводящих туннельных детекторах рентгеновского излучения. // Физика Твердого тела. 1999. Т. 41, №7. С. 1168-1175.

А8. Andrianov V.A., Dmitriev P.N., Koshelets V.P., Kozin M.G., Romashkina I.L., Sergeev S.A., Shpinel V.S. Phonon effects in STJ X-ray detectors. // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A. 2000. V. 444. P. 19-22.

A9. Andrianov V.A., Dmitriev P.N., Koshelets V.P., Kozin M.G., Romashkina I.L., Sergeev S.A. STJ X-Ray Detectors with Killed Electrode.//AIP Conf. Proc. 2002. V. 605. P. 161-164.

A10. Andrianov V.A., Gorkov V.P. Numerical Calculations of Diffusion Effects in STJ-Detectors. // AIP Conf. Proc. 2002. V. 605. P. 39-42.

All. Samedov V. V., Andrianov V.A. Fluctuations of STJ-Detector Signal due to Competition of Electron and Hole Tunneling Channels. // AIP Conf. Proc. 2002. V. 605. P. 47-50.

A12. Андрианов B.A., Горьков В.П. Диффузионная модель детекторов на основе сверхпроводящих переходов. // Прикладная математика и информатика. 2004. № 19. С. 5-20.

А13. Andrianov V.A., Filippenko L.V., Gorkov V.P., Koshelets V.P. Quasiparticle Recombination in STJ X-ray detectors. // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A. 2006. V. 559. P. 683-685.

A14. Andrianov V.A., Filippenko L.V., Gorkov V.P., Koshelets V.P. Recombination losses in STJ X-ray detectors with killed electrode. // Journal of Physics: Conference Series 2006. V. 43. P. 1311-1314.

A15. Андрианов B.A., Горьков В.П., Кошелец В.П., Филиппенко JI.B. Рекомбинация квазичастиц в сверхпроводящих туннельных детекторах рентгеновского излучения // Измерительная техника. 2006. № 8. С. 59-64.

А16. Андрианов В.А., Горьков В.П., Кошелец В.П., Филиппенко JI.B. Сверхпроводящие туннельные детекторы рентгеновского излучения. Вопросы энергетического разрешения. // Физика и техника полупроводников. 2007. Т. 41. № 2. С. 221-228.

А17. Andrianov V.A., Filippenko L.V., Gorkov V.P., Koshelets V.P. Bias Voltage Dependence of Quasiparticle Recombination in STJ Detectors with Killed Electrode. // J. of Low Temp. Phys. 2008. V. 151. P. 287291.

A18. Andrianov V.A., Gorkov V.P. Quasiparticle Edge Losses in Double STJs Strip X-Rays Detectors. //J. of Low Temp. Phys. 2008. V. 151. P. 327-332.

A19. Андрианов В.А., Горьков В.П. Энергетическое разрешение стриповых сверхпроводящих детекторов с двумя туннельными переходами. // Известия РАН серия физическая. 2008. Т. 72. № 6. С. 793-797.

А20. Andrianov V.A., Gorkov V.P. Quasiparticle Self-Recombination in Double STJs Strip X-ray Detectors. // AIP Conference Proceedings. 2009. V. 1185. P. 465-468.

A21. Горьков В.П., Андрианов В.А. Двумерная модель стрипового детектора с двумя туннельными переходами. // Прикладная математика и информатика. 2010. № 36. С. 25-36.

А22. Андрианов В.А., Кошелец В.П., Филиппенко J1.B. О сигнале пассивного электрода в рентгеновских детекторах на базе сверхпроводящих туннельных переходов. ФТТ, 2011, Т. 53, № 8, С. 1466-1472.

Список цитируемой литературы

1. Rando N., Peacock A., Dordrecht v. A., Foden С., Engelhardt R., Taylor В. G., Gare P., Lumley J., Pereira C. The properties of niobium superconducting tunneling junctions as X-ray detectors. // Nucl. Instrum. and Methods. 1992. V. 313. P. 173-195.

2. Booth N.E. Quasiparticle trapping and the quasiparticle multiplier // Appl. Phys. Lett. 1987. V. 50. P. 293-295.

3. Филиппенко JI.В. Интегральные сверхпроводниковые приемные структуры на основе высококачественных туннельных переходов. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук. ИРЭ РАН, Москва. 2009. 220 стр.

4. Кулик И.О., Янсон И.К. Эффект Джозефсона в сверхпроводящих туннельных структурах. Москва «Наука» 1970. 273 стр.

5. Golubov A. A., Houwman Е. P., Gijsbertsen J. G., Flokstra J., Rogalla H., le Grand J.B., de Korte P.A.J. Quasiparticle lifetimes and tunneling times in superconductor-insulator-superconductor tunnel junction with spatially inhomogeneous electrodes. // Phys. Rev. B. 1994. V. 49. P. 12953-12968. Golubov, E. P. Houwman, J. G. Gijsbertsen, V. M. Krasnov, J. Flokstra, H. Rogalla, and M. Y. Kupriyanov. Proximity effect in superconductor-insulator-superconductor Josephson tunnel junctions: Theory and experiment. // Phys. Rev. B. 1995. V. 51. P. 1073-1089.

6. Cristiano R., Frunzio L., Monaco R., Nappi C., Pagano S. Investigation of subgap structures in high-quality Nb/A10x/Nb tunnel junctions.// Phys. Rev. В 1994. V. 49. P. 429-440.

7. Kaplan S.B., Chi C.C., Landberg D.N., Chang J.J., Jafarey S., Scalapino D.J. Quasiparticle and phonon lifetime in superconductors. // Phys. Rev. B. 1976. V. 14. P. 4854-4873.

8. Steele A., Kozorezov A. G., Boyd P., Wigmore J. K., Poelaert A., Peacock A., den Hartog R. Using phonon pulses to characterize superconducting tunnel junction (STJ) X-ray detectors. // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A: 2000. V. 444. P. 8-10.

9. Goldie D., Brink P. L., Patel C., Booth N. E., Salmon G. L. Statistical noise due to tunneling in superconducting tunflel junction detectors. // Appl. Phys. Lett. 1994. V. 64. P. 3169-3171.

10. Kozorezov G., Wigmore J.K., den Hartog R., Martin D., Verhoeve P., Peacock A. Quasiparticle diffusion and the energy resolution of superconducting tunneling junctions as photon detectors. I. Theory. // Phys. Rev. B. 2002. V. 66. P. 094510 (1-10).

11.Luiten O.J., Van den Berg M.L., Gomez Rivas J., Bruijn M.P., Kiewiet F.B., de Korte P.A.J. Quasiparticle diffusion and edge losses in Nb/AlOx superconducting tunnel junction photon detectors. // Proceedings of 7-th International Workshop on Low Temperature Detectors, edited by S.Cooper, Munich, 1997, P. 25-27.

12.Kraus H., v. Feilitzsch F., Jochum J., Mossbauer R.L., Peterreins Th., Probst F. Quasiparticle trapping in a superconductive detector system exhibiting high energy and position resolution. // Phys. Lett. B. 1989. V. 231. P. 195-202.

Андрианов Виктор Александрович

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ТУННЕЛЬНЫХ ДЕТЕКТОРАХ ЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

АВТОРЕФЕРАТ

Тираж 100 экз. Заказ № Т-326-11.

Отпечатано в типографии КДУ Тел./факс: (495) 939-44-91, 939-57-32. www.kdu.ru

Общая характеристика работы.

1. Актуальность темы.

2. Цель работы.

3. Основные положения, выносимые на защиту.

4. Новизна основных результатов.

5. Научная и практическая ценность работы.

6. Достоверность результатов.

7. Личный вклад автора.

8. Апробация результатов работы.

9. Структура и объем диссертации. Краткое содержание работы по

главам.

10. Публикации.

11. Список обозначений физических величин.

Глава 1. Введение в сверхпроводящие туннельные детекторы.

1.1. Принцип действия сверхпроводящих туннельных детекторов.

1.2. Амплитуда сигнала и энергетическое разрешение сверхпроводящих туннельных детекторов.

1.3 Энергетические ловушки.

1.4. Многократное туннелирование квазичастиц.

Глава 2. Методика эксперимента.

2.1. Методика изготовления туннельных детекторов.

2.1.1. Общие требования к разработке СТП-детекторов.

2.1.2. Тестовое устройство для испытания СТП-детекторов (чип).

2.1.3. Методика изготовления СТП-детекторов.

2.2. Экспериментальная аппаратура для изучения туннельных детекторов.

2.2.1. Держатель чипа. Электроконтакты.

2.2.2. Криогенная вставка в транспортный гелиевый дьюар.

2.2.3. Установка для изучения СТП-детекторов при температурах 1.3-4.2 К.

2.2.4. Измерительные электросхемы установки с гелиевым криостатом.

2.2.5. Электромагнитные наводки и помехи.

2.2.6. Экранировка магнитных полей.

2.2.7. Радиоактивные источники.

2.2.8. Программное обеспечение.

Глава 3. Вольт-амперные характеристики СТП детекторов.

3.1. Основные параметры ВАХ СТП-детекторов.

3.2. Подавление постоянного джозефсоновского туннельного тока магнитным полем.

3.3 Ступеньки Фиски.

3.3.1 Общие вопросы. Моды Фиски в квадратных СТП.

3.3.2. Моды Фиски в ромбических СТП-детекторах.

3.4. Сверхпроводящая щель в многослойном электроде. Теория Близости.

3.4.1. Теория близости (литературный обзор).

3.4.2. Зависимость ширины сверхпроводящей щели Дё от толщины слоя Al.

3.5. Квазичастичный туннельный ток.

3.5.1. Туннельный ток в теории БКШ.

3.5.2. ВАХ СТП-детекторов при Т=4.2 К (эксперимент).

3.5.3. ВАХ СТП-детекторов при Т-1.3 К (эксперимент).

3.5.4. Температурная зависимость туннельного тока.

3.6. Выводы.

Глава 4. Анализ сигналов СТП-детекторов.

4.1. Методика анализа сигналов.

4.2. Сигнал СТП-детектора (теория).

4.2.1. Амплитуда сигналов СТП-детекторов.

4.2.2. Временная форма сигналов СТП-детекторов.

4.3. Сигнал СТП-детекторов (эксперимент).

4.3.1. Амплитуда сигналов в асимметричном СТП-детекторе.

4.3.2. Временная форма сигналов СТП-детекторов.

Влияние обмена 2Д-фононами.

4.4. Улучшение параметров СТП-детекторов.

4.5. Выводы.

Глава 5. Собственная ширина линии и электронные шумы СТП-детекторов.

5.1. Собственная ширина линии СТП-детекторов.

5.1.1. Ширины линия в условиях многократного туннелирования квазичастиц. (Литературный обзор).

5.1.2. Временная зависимость туннельных шумов. Фононный вклад. (Литературный обзор).

5.1.3. Собственная ширина линии с учетом конкуренции электронного и дырочного каналов туннелирования. (общий случай).

5.2. Электронные шумы сверхпроводящих туннельных детекторов.

5.2.1. Спектр шумов туннельных детекторов.

5.2.2. Фильтрация сигнала. Эквивалентный шумовой заряд.

5.2.3. Фильтрация сигналов с помощью ЯС фильтров.

5.2.4 Анализ шумов реальных СТП-детекторов.

5.3. Выводы.

Глава 6. Диффузионная модель СТП-детектора.

6.1 .Основные экспериментальные данные относительно энергетического разрешения СТП-детекторов.

6.2. Основные физические процессы в СТП-детекторах.

6.2.1. Спектры поглощенной энергии. Вылет фотоэлектронов.

6.2.2. Пики вылета.

6.2.3. Образование начального пятна.

6.2.4. Схема основных процессов в СТП-детекторах.

6.3 Диффузионное уравнение движения неравновесных квазичастиц.

6.4. Историческая справка.

6.5. Диффузионная модель с краевыми потерями квазичастиц для СТП-детекторов с одним активным электродом квадратной формы.

6.5.1. Аналитическое решение для одного электрода (ОЛ. ЬиЬеп).

6.5.2 Модельные расчеты и форма спектральной линии для одного активного электрода.

6.6. Диффузионная модель для СТП-детекторов с двумя одинаковыми активными электродами прямоугольной формы.

6.6.1. Аналитическое решение системы двух дифференциальных уравнений для идентичных электродов (Ь. Раг1а1:о).

6.6.2 Модельные расчеты и форма спектральной линии для двух активных электродов.

6.7. Решение диффузионного уравнения численными методами.

6.7.1 Численное решение системы дифференциальных уравнений для ромбических электродов.

6.7.2 Модельные расчеты и форма спектральной линии для ромбических СТП-детекторов в практически важных случаях.

6.8. Сравнение расчетов по диффузионной модели с экспериментальными данными.

6.9. Выводы.

Глава 7. СТП-детекторы с пассивным электродом.

7.1. Принцип работы СТП-детекторов с пассивным электродом.

7.2. Конструкций СТП-детекторов с пассивным электродом.

7.3. Экспериментальные данные по СТП-детекторам с пассивным электродом.

7.3.1. Амплитудные спектры.

7.3.2. Зависимость сигнала детектора от напряжения смещения Va.

7.3.3. Форма спектральной линии в зависимости от размеров электродов.

7.3.4. Основные характеристики детекторов.

7.4. Простая модель однократного туннелирования.

7.5 Выводы.

Глава 8. Рекомбинация неравновесных квазичастиц. Нелинейность отклика

СТП-детектора в зависимости от энергии поглощенного кванта.

8.1. Методика эксперимента с рентгеновскими экранами и фильтрами.

8.2. Зависимость отклика СТП-детекторов от поглощенной энергии.

8.3. Диффузионная модель СТП-детектора с учетом собственной рекомбинации неравновесных квазичастиц.

8.4. Расчет формы спектральной линии.

8.5. Формула рекомбинационных потерь.

8.6. Оценки рекомбинационных потерь.

8.7. Нелинейность отклика как функция напряжения на детекторе.

8.8. О сигналах пассивного электрода.

8.8.1. Экспериментальные данные.

8.8.2.Анализ данных.

8.8.2.1. Многократное туннелирование квазичастиц.

8.8.2.2. Временная форма сигналов.

8.8.2.3. Фононный обмен.

8.8.2.4. Туннелирование квазичастиц из области ловушки.

8.8.3. Способы ослабления сигналов пассивного электрода.

8.9. Выводы.

Глава 9. Оптимизация конструкции СТП-детекторов.

9.1. Сверхпроводящая щель.

9.2. Влияние толщины верхнего электрода на непрерывный фон в спектрах СТП-детекторов.

9.3 Энергетическое разрешение.

9.3.1. Теоретическая модель.

9.3.2. Размер электрода и электронные шумы.

9.3.3. Уменьшение рекомбинационного уширения.

9.3.4 Экспериментальные данные.

9.3.5. Скорости туннелирования и потерь.

9.3.6. Температурные зависимости скоростей туннелирования и потерь.

9.3.7. Ширина линии СТП-детекторов в зависимости от энергии кванта.333 9.4. Выводы.

Глава 10. Стриповые детекторы на базе сверхпроводящих туннельных

Переходов.

10.1. Введение.

10.2. Математическая постановка задачи (2Б-модель).

10.3. Стриповые детекторы с потерями неравновесных квазичастиц на боковых гранях.

10.3.1. Аналитическое решение при Я*=0.

10.3.2. Результаты 2Б-расчетов стриповых детекторов с потерями на боковых гранях.

10.4. Калибровка по энергии. Форма спектральной линии.

10.5. Стриповые детекторы с рекомбинационными потерями неравновесных квазичастиц.

10.6. Оценки влияния краевых и рекомбинационных потерь квазичастиц в реальных конструкциях.

10.7. Выводы.

1. Актуальность темы

Детекторы, основанные на использовании сверхпроводящих туннельных переходов (СТП-детекторы), обладают рекордным энергетическим разрешением, более чем на порядок превышающим разрешение традиционных полупроводниковых детекторов. Низкий энергетический порог позволяет регистрировать кванты излучения или частицы в широком диапазоне энергий от десятков кэВ до долей электрон-вольта. Иными словами данные детекторы могут быть использованы для регистрации мягкого рентгеновского, ультрафиолетового, оптического и даже инфракрасного излучения.

С помощью СТП-детекторов можно регистрировать Р-частицы, осколки деления и другие ядерные частицы (например, гипотетические частицы темной материи) при условии, что их энерговыделение не превышает -100 кэВ. СТП-детекторы могут быть использованы в прецизионной гамма-, рентгеновской и ультрафиолетовой спектроскопии, в рентгеновской и оптической астрономии, для регистрации тяжелых биомолекул, для работы с мощными пучками излучения и в других приложениях. В связи с этим, работы по изучению и разработке СТП-детекторов являются актуальными и важными.

СТП-детекторы являются принципиально новыми устройствами, не реализованными ранее. Изучение таких устройств позволяет получить новые данные относительно поведения неравновесных квазичастиц и фононов, возникающих в сверхпроводниках при поглощении в них квантов излучения или частиц. СТП-детекторы имеют многослойную структуру электродов и являются удобными объектами для детального изучения эффектов теории близости.

Формирование сигнала и собственные шумы данных детекторов являются результатом взаимовлияния ряда процессов и представляют самостоятельный научный интерес. Обеспечение оптимальных условий работы СТП-детекторов требует выполнения целого ряда условий, что имеет как общее, так и прикладное значение.

2 Цель работы

Целью настоящей работы является изучение физических процессов и разработка основ создания сверхпроводящих туннельных детекторов ядерных излучений с многослойной структурой электродов, реализующих принцип энергетических ловушек для квазичастиц.

3. Основные положения, выносимые на защиту

1. Разработка и экспериментальные исследования пробных образцов туннельных детекторов с многослойной структурой электродов, в том числе, детекторов с трехслойным электродом АШЬЛЧЫМ, обеспечивающим условия направленной диффузии квазичастиц к туннельному барьеру, и детекторов с пассивными электродами А1/ЫЬ и Т5ЛМЬ. Исследования детекторов со структурой ТШЬ/А^АЮх/АШЬ/ЫЬ]^, имеющих энергетическое разрешение 90 эВ на рентгеновской линии 6 кэВ, что в ~ 1.7 раза лучше разрешения кремниевых полупроводниковых детекторов.

2. Анализ временной формы сигналов и собственных шумов СТП-детекторов, учитывающий конкуренцию электронного и дырочного каналов туннелирования и режим многократного туннелирования квазичастиц. Получение аналитического выражения для собственной ширины линии. Вывод о том, что конкуренция каналов туннелирования ведет к заметному уширению линии СТП-детекторов.

Расчет допустимых значений электрических параметров СТП-детекторов, обеспечивающий заданный уровень электронных шумов (например, 80 эВ, 40 эВ и т.д.).

3. Разработка диффузионной модели туннельных детекторов, учитывающей двумерное диффузионное движение квазичастиц, их туннелирование и гибель, как в объеме электрода, так и вблизи боковых граней, в том числе для электродов ромбической формы. Анализ энергетического разрешения детекторов, в условиях зависимости сигнала от координаты поглощения кванта (неоднородное уширение). Расчет формы спектральной линии для детекторов, имеющих различную форму электродов. Сравнение расчетов с экспериментальными данными.

4. Экспериментальные исследования зависимости амплитуды сигнала СТП-детектора от энергии поглощенного кванта, проведенные методом рентгеновской флюоресценции. Обнаружение сильной нелинейности отклика детектора, обусловленной собственной рекомбинацией неравновесных квазичастиц.

5. Разработка диффузионной модели СТП-детекторов с учетом рекомбинационных потерь. Согласованное описание, как формы спектральной линии детектора, так и нелинейной зависимости амплитуды сигнала от энергии поглощенного кванта. Вывод о том, что собственная рекомбинация неравновесных квазичастиц является одним из основных механизмов деградации энергетического разрешения. Формула для оценки вклада рекомбинационных потерь в сигнал детектора.

6. Результаты экспериментальных исследований СТП-детекторов со структурой Т1/ТЧЬ(1)/А1,А10Х/А1(2)/ЫЬ(2)ЛЧЬ1Ч: Оптимизация конструкции детекторов с точки зрения улучшения энергетического разрешения и улучшения качества спектров.

7. Создание двумерной диффузионной модели стриповых позиционно-чувствительных СТП-детекторов. Анализ влияния краевых и рекомбинационных потерь квазичастиц на амплитуды сигналов и их зависимость от координаты поглощения кванта в поперечном направлении. Анализ уширения спектральной линии и искажения ее формы.

4. Новизна основных результатов

1. Исследованы СТП-детекторы с многослойной структурой электродов (АШЬ/А1,А10Х/А1/ЫЬ/М>К) и ™Ь/А1,АЮх/А1/1МЬ/1\[Ь]у|, в которых основной поглощающий электрод состоял из трех слоев: А1/ЫЬ/(№>1Ч), а противоположный электрод содержал два слоя А1/№> или Т1/1ЧЬ, где слои-ловушки А1 или Т1 имели меньшую ширину сверхпроводящей щели и обеспечивали быстрое поглощение неравновесных квазичастиц. Такие детекторы получили название СТП-детекторов с пассивным электродом. Лучшее энергетическое разрешение составило 90 эВ для линии 6 кэВ.

2. Впервые рассмотрено подавление джозефсоновского поля внешним магнитным полем и структура мод Фиски в СТП-детекторах, имеющих электроды ромбической формы.

3. Впервые рассмотрены собственные шумы СТП-детекторов в режиме многократного туннелирования и при конкуренции электронного и дырочного каналов туннелирования. Получено математическое выражение для собственной ширины линии. Проведен анализ электронных шумов СТП-детекторов; определены допустимые области значений электрических параметров, обеспечивающие различные уровни энергетического разрешения (например, вклад электронных шумов 80 эВ, 40 эВ и т.д.).

4. Впервые разработана диффузионная модель туннельных детекторов, имеющих ромбическую форму электродов. Проведены расчеты сигналов детектора для различных координат поглощения кванта. Показано, что потери квазичастиц вблизи боковых граней электродов приводят к уменьшению амплитуды сигналов и вызывают заметное ухудшение энергетического разрешения детектора (неоднородное уширение), в том числе в режиме многократного туннелирования квазичастиц. Проведено сравнение формы спектральной линии для детекторов, имеющих различную форму электродов. Впервые показано, что электроды, имеющие «юбки», т.е. области вдоль внешнего периметра без непосредственного контакта с туннельным барьером, вызывают сильную деградацию энергетического разрешения детекторов.

5. Для детекторов с пассивным Т1/ЫЬ-электродом обнаружена сильная нелинейность отклика детектора, обусловленная собственной рекомбинацией неравновесных квазичастиц.

6. В рамках диффузионной модели рассмотрено влияние рекомбинационных потерь на сигнал СТП-детектора. Впервые дано согласованное описание, как формы спектральной линии детектора, так и зависимости амплитуды сигнала от энергии поглощенного кванта. Показано, что собственная рекомбинация неравновесных квазичастиц является одним из основных механизмов деградации энергетического разрешения. Предложена простая формула для оценки вклада рекомбинационных потерь в сигнал детектора.

7. Для детекторов Т1/ЫЬ(1)/А1,А10Х/А1(2)/ЫЬ(2)/Ь^ были изучены амплитуды сигналов и спектральная ширина линии в зависимости от площади и толщины электродов, приложенного напряжения и рабочей температуры. Показано, что увеличение толщин слоев N5(1) и 1ЧЬ(2) ведет к улучшению характеристик детекторов. В частности, увеличение толщины верхнего электрода увеличивает эффективность детектора, уменьшает уровень фона и снижает нелинейность отклика детектора. Увеличение толщины слоя №>(1) ослабляет нежелательный сигнал нижнего пассивного электрода. 8. Проведено теоретическое рассмотрение полосковых (стриповых) позиционно-чувствительных СТП-детекторов. На основе двумерной диффузионной модели рассмотрено влияние краевых и рекомбинационных потерь квазичастиц на сигнал детектора и на ширину и форму спектральной линии. Показано, что зависимость амплитуды сигналов от координаты поглощения кванта в поперечном направлении ведет к деградации энергетического разрешения.

5. Научная и практическая ценность работы

На основе двумерной диффузионной модели рассмотрены основные механизмы, определяющие формирование сигнала СТП-детекторов. Показано, что такие процессы, как собственная рекомбинация квазичастиц и потери квазичастиц в области периметра электродов, приводят к ухудшению энергетического разрешения. Проведено сравнение модели с экспериментом. Определены условия, позволяющие ослабить влияние этих процессов.

Впервые рассмотрены собственные шумы СТП-детекторов в условиях конкуренции электронного и дырочного каналов туннелирования.

Проведены экспериментальные исследования СТП-детекторов с пассивным электродом. Для детекторов структурой Т1/ЫЬ/А1,А10Х/А1/ЫЬ/ЫЬ'Ы, в которой электрод Т1/№> является пассивным, получено энергетическое разрешение на уровне 90 эВ на линии 6 кэВ, что в -1.7 раза лучше разрешения полупроводниковых детекторов.

Впервые проведено теоретическое рассмотрение стриповых позиционно-чувствительных СТП-детекторов на основе двумерной диффузионной модели. Рассмотрено влияние краевых и рекомбинационных потерь квазичастиц на ширину и форму спектральной линии.

Результаты работы могут быть использованы при создании как отдельных СТП-детекторов, так и матриц СТП-детекторов, работающих в оптическом, ультрафиолетовом или рентгеновском диапазонах. Полученные данные являются основой для разработки стриповых позиционно-чувствительных СТП-детекторов. Результаты исследований могут быть использованы в НИКЯФ МГУ, на Физическом факультете МГУ, в Физическом институте им. П.Н. Лебедева (ФИАН) РАН, в Институте радиотехники и электроники (ИРЭ) РАН, в Национальном исследовательском ядерном университете (МИФИ), в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ Дубна), в Национальном исследовательском центре «Курчатовский институт».

6. Достоверность результатов.

Достоверность результатов диссертации подтверждается повторяемостью или "близостью экспериментальных данных, полученных в различных сериях измерений и для подобных образцов. Экспериментальные данные и их анализ подтверждаются опубликованными данными других авторов в тех случаях, когда сравнение оказывается возможным. Состоятельность физических моделей, предложенных автором, подтверждается согласием проведенных им расчетов с экспериментом. Экспериментальные-результат-ы—и—предложенные-физические-модели-обсуждались—наряде отечественных и зарубежных конференций, в том числе на устных докладах автора.

7. Личный вклад автора

Основные результаты, представленные к защите, получены непосредственно автором или при его определяющем участии.

Первоначальная постановка задачи по исследованию и разработке прецизионных детекторов на основе сверхпроводящих туннельных переходов принадлежит профессору B.C. Шпинелю. В период с 1998 по 2002 г. была открыта госбюджетная тема по исследованиям криогенных детекторов, руководителями темы являлись профессор B.C. Шпинель и с 2000 г. автор настоящей диссертации. В период с 1999 по 2002 автор являлся исполнителем двух грантов РФФИ по тематике «Создание криогенных туннельных детекторов ядерных излучений .». Под руководством автора выполнены две дипломные работы на Физическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова.

Вклад автора в основные этапы работы: 1. Экспериментальная установка: Разработаны чертежи и проведено изготовление гелиевого криостата с вакуумной камерой й сверхпроводящим соленоидом. Изготовлена измерительная вставка в транспортный гелиевый дьюар. Собрана система откачки паров гелия.

Создана система цифровой записи вольтамперных характеристик и временных разверток сигналов СТП-детекторов, разработано необходимое программное обеспечение. Вклад автора в перечисленные работы является основным.

2. Экспериментальные исследования СТП-детекторов до 2002 г., в том числе детекторов с простой структурой (ТЧЬ/А1,АЮХ/А1/МЬ) и детекторов с пассивным электродом А1/ЫЬ проводились совместно с сотрудниками ОЯСМ НИИЯФ МГУ М.Г. Козиным и И.Л. Ромашкиной.

Анализ временной формы сигналов, разработка теоретических моделей и сравнение с экспериментом были выполнены при основном вкладе автора.

3. Экспериментальные исследования СТП-детекторов со структурой Т1/ЫЬ/А1,АЮх/А1/№>/ЫЬ'Ы, имеющих пассивный электрод Т1/ЫЬ, проводились автором самостоятельно. Автору принадлежит основной вклад в экспериментальные исследования эффектов собственной рекомбинации неравновесных квазичастиц, в изучение нелинейности отклика детектора в зависимости от энергии кванта и в анализе данных на основе диффузионных моделей. Автором выполнены исследования по оптимизации параметров СТП-детекторов с Т1-подслоем и проведен анализ остаточных сигналов пассивного электрода.

4. Разработка двумерной диффузионной модели для одиночных и стриповых СТП-детекторов проводилась в соавторстве с снс Факультета вычислительной математики и кибернетики МГУ В.П. Горьковым. Автор имеет основной вклад в постановку задачи, в определение исходных параметров счета, в анализе расчетных данных, сравнении расчета с экспериментом и подготовке материалов к печати.

5. Анализ собственных шумов СТП-детекторов был выполнен совместно с профессором МИФИ В.В. Самедовым. Автор имеет основной вклад в постановку задачи, анализ полученных выражений, расчет зависимости собственных шумов от напряжения на детекторе и в подготовке материалов к печати.

8. Апробация результатов работы.

Основные результаты работы в период 1993-2010 г. докладывались на 9 Российских конференциях по ядерной физике и 8 международных конференциях по низкотемпературным детекторам (ЬТО-7 - 13), а также на нескольких международных конференциях по физике твердого тела. Работы были представлены автором в виде устных и стендовых докладов.

9. Структура и объем диссертации. Краткое содержание работы по главам.

Диссертация состоит из Краткой характеристики работы, 10 глав и Заключения, которое содержит основные результаты и выводы работы. Диссертация содержит 385 страниц, в том числе 157 рисунков и 15 таблиц.

В краткой характеристике работы обоснована актуальность работы, сформулирована ее цель, указаны основные положения, выносимые на защиту, и новизна полученных результатов. Приводится краткое содержание диссертационной работы по главам.

В первой главе излагается принцип работы СТП-детекторов, даются оценки собственного энергетического разрешения, рассматривается режим многократного туннелирования квазичастиц и идея энергетической ловушки. В заключение ставится задача настоящей работы.

Во второй главе излагается методика эксперимента. Сформулированы требования к образцам СТП-детекторов, описана методика их изготовления и дается описание экспериментального чипа. Приводится описание криогенной и электронной аппаратуры.

В третьей главе даны результаты исследований вольт-амперных характеристик СТП-детекторов. Рассмотрены вопросы отбора образцов-детекторов по электрическим параметрам. Рассмотрены вопросы подавления постоянного джозефсоновского тока магнитным полем, в том числе в нестандартной геометрии при ромбической форме электродов. Рассмотрены моды Фиски и их ослабление магнитным полем. В заключении рассмотрен вид реальных вольт-амперных характеристик при низких температурах, Т ~ 1.3 К, определяющих уровень электронных шумов СТП-детекторов. Общим результатом данного раздела является определение комплекса требований к условиям эксперимента и качеству образцов, обеспечивающих успешную работу туннельных детекторов.

Четвертая глава посвящена анализу временной формы сигналов СТП-детекторов. Приводятся общие выражения для режима многократного туннелирования, из которых следует, что временная форма сигналов описывается суммой 2-х экспоненциальных членов. Проводится анализ экспериментальных данных относительно временной формы сигналов для ряда детекторов, имеющих простую структуру электродов. Идеология работы состояла в параллельном анализе сигналов, возникающих при поглощении квантов в верхнем и в нижнем электродах детектора. Продемонстрировано образование импульсных сигналов отрицательной полярности в СТП-детекторах с асимметричным туннельным переходом (А, Ф Д2). Обнаружено, что существенный вклад в сигнал может вносить перераспределение первоначального возбуждения между электродами детектора посредством обмена 2Д-фононами. В заключении главы сформулирована концепция многослойного электрода А1/1ЧЬ/МЬМ, в котором реализуются условия для направленной диффузии неравновесных квазичастиц к туннельному барьеру.

В пятой главе рассмотрены электронные шумы и собственная ширина линии СТП-детекторов. Для электронных шумов приведены общие формулы и выполнены расчеты электрических параметров туннельных переходов, обеспечивающих заданный уровень электронных шумов в энергетических единицах. Для собственной ширины линии впервые рассмотрен общий случай, учитывающий как многократное туннелирование квазичастиц, так и конкуренцию электронных и дырочных каналов туннелирования. Показано, что конкуренция каналов туннелирования приводит к дополнительному уширению спектральной линии.

В шестой главе представлены экспериментальные спектры, полученные для ряда СТП-детекторов, которые демонстрирует сильное уширение спектральной линии. С учетом этих данных проводится анализ основных физических процессов, происходящих в электродах после поглощения кванта, и рассматривается их влияние на спектральную линию. Далее формулируется двумерная диффузионная модель туннельного детектора, которая учитывает диффузионное распространение облака неравновесных квазичастиц по объему электрода, туннелирование квазичастиц и их гибель, а также дополнительный канал гибели квазичастиц вблизи периметра электрода. Проводится подробное рассмотрение различных решений данной задачи: для одного активного электрода прямоугольной формы, для двух активных электродов (режим многократного туннелирования), а также численный расчет спектральной линии для детекторов ромбической формы, исследованных в настоящей диссертации. Приводятся модельные расчеты формы спектральной линии для ряда типичных случаев. Проводится сравнение расчетов с экспериментальными спектрами. Основной вывод данного раздела состоит в том, что потери квазичастиц на боковых гранях электродов приводят в зависимости амплитуды сигнала от координаты поглощения кванта и, следовательно, к сильному уширению (неоднородному) спектральной линии. Характерные особенности данной модели подтверждаются в эксперименте.

В седьмой главе рассматриваются экспериментальные данные, полученные при изучении СТП-детекторов с пассивным (killed) электродом. Исследовано 2 типа детекторов: детекторы с пассивным AI/Nb-электродом, которые описывались формулой Al/Nb/Al,A10x/Al/Nb/NbN, и детекторы с пассивным Ti/Nb-электродом Ti/Nb/Al(l),A10x/Al/Nb/NbN. Основные данные были получены для детекторов с Ti-подслоем. СТП-детекторы с пассивным электродом имеют 2 основных преимущества по сравнению с детекторами, работающими в режиме многократного туннелирования: они позволяют ослабить влияние краевых потерь квазичастиц и исключают дублирование сигнала, возникающее как результат примерно одинакового поглощения рентгеновских квантов в обоих электродах. Кроме того, такие детекторы представляют собой более простые устройства с точки зрения анализа физических процессов, протекающих в детекторе, поскольку надо учитывать только один электрод. Амплитуда сигналов и ширина спектральная линии были изучены в зависимости от приложенного напряжения и площади электродов. Достигнуто энергетическое разрешение на уровне 90 эВ на линии 6 кэВ, что примерно в 1.7 раза лучше, чем в кремниевых полупроводниковых детекторах.

Восьмая глава посвящена рекомбинационным эффектам в СТП-детекторах. С помощью метода рентгеновской флюоресценции изучена зависимость сигнала детектора от энергии поглощенного кванта. Обнаружена сильная нелинейность отклика детектора, обусловленная собственной рекомбинацией неравновесных квазичастиц. Для интерпретации данных развита диффузионная модель с учетом квадратичного члена собственной рекомбинации квазичастиц. Дано согласованное описание, как формы спектральной линии детектора, так и зависимости амплитуды сигнала от энергии поглощенного кванта. Показано, что собственная рекомбинация квазичастиц и краевые потери дают сравнимые вклады в уширение линии. Предложено простое аналитическое выражение для анализа рекомбинационных потерь. Экспериментально исследована зависимость рекомбинационных потерь от напряжения на детекторе. В заключительной части главы рассмотрена природа остаточного сигнала, возникающего при поглощении квантов в пассивном электроде. Сигнал пассивного электрода изучен в зависимости от приложенного напряжения, энергии поглощенного кванта и толщины электродов. Рассмотрено три возможных механизма возникновения данных сигналов. Показано, что увеличение толщины пассивного электрода является эффективным средством ослабления этих сигналов.

В девятой главе были рассмотрены вопросы оптимизации конструкции СТП-детекторов с пассивным электродом. Для этого была исследована серия детекторов Т1ЛЧЬ(1)/А1,АЮх/А1(2)/Тч1Ь(2)/НЬК, имевших различные толщины слоев 1МЬ в верхнем и нижнем электродах, а также толщину слоя А1(2). Амплитуда сигналов и спектральная ширина линии были изучены в зависимости от приложенного напряжения и рабочей температуры. Показано, что наибольшая амплитуда сигнала и наилучшее энергетическое разрешение достигается при напряжениях, соответствующих разности щелей электродов, Ус1 «(ДА-А,)/е . Увеличение толщин слоев N5(1) и №)(2) ведет к улучшению характеристик детекторов. В частности, увеличение толщины верхнего электрода увеличивает эффективность детектора, уменьшает уровень фона и снижает нелинейность отклика детектора. Увеличение толщины слоя N5(1) ослабляет нежелательный сигнал нижнего электрода. Вместе с тем, было обнаружено, что увеличение толщины верхнего электрода ведет к уменьшению скорости туннелирования, что препятствует дальнейшему уменьшению ширины линии. Показано, что ширина линии определяется 4-мя вкладами. Первый, это собственная ширина линии, ее вклад невелик и составляет примерно 10 эВ. Второй вклад дает неоднородное уширение линии, обусловленное зависимостью амплитуды сигнала от координаты поглощения кванта вследствие рекомбинационных и краевых потерь квазичастиц. Третий вклад в ширину - это электронный шум. Четвертый - уширение линии вследствие несовершенства методики измерений. Результирующая ширина линии определяется, в первую очередь, неоднородным уширением и вкладом электронных шумов. В работе предложены направления исследований по дальнейшему уменьшению ширины спектральной линии.

Десятая глава посвящена теоретическому анализу альтернативной конструкции туннельных детекторов, так называемых стриповых детекторов на основе 2-х туннельных переходов. Данные детекторы являются позиционно-чувствительными детекторами, которые позволяют определять как энергию, так и координату, поглощенного кванта. Развита двумерная диффузионная модель стрипового СТП-детектора, учитывающая влияние краевых и рекомбинационных потерь квазичастиц в полоске-поглотителе. Показано, что данные потери ведут к зависимости сигналов детектора от координаты поглощения кванта в поперечном направлении и вызывают уширение и искажение формы спектральной линии.

10. Публикации

На тему диссертации опубликовано 54 работ, из них 22 статьи. (13 научных статей опубликовано в журналах, определенных ВАК или входящих в международные системы цитирования). Ниже приводится список основных журнальных статей, опубликованных автором по теме диссертации.

1. Шпинель B.C., Андрианов В.А., Козин М.Г. Состояние работ в области криогенных детекторов // Известия РАН. сер. физ. 1995. Т. 59. №11. С. 2-20.

2. Андрианов В.А., Козин М.Г., Нефедов Л.В., Ромашкина И.Л., Сергеев С.А., Шпинель B.C. Изучение сверхпроводящих туннельных переходов Nb/Al/A10x/Nb для детектирования мягкого рентгеновского и у излучения // Известия РАН. Сер. Физ. 1996. Т. 60. № U.C. 184-191.

3. Andrianov V.A., Abramova I.V., Koshelets V.P., Kozin M.G., Romashkina I.L., Sergeev S.A., Shpinel V.S. STJ-detector charge output: bias voltage and applied magnetic field dependence. // Proceedings of 7-th International Workshop on Low Temperature Detectors (LTD-7), edited by S. Cooper, Munich, 1997, P. 71-72.

4. Андрианов B.A., Козин M.Г., Сергеев С.А., Шпинель B.C., Абрамова И.В., Кошелец В.П. Туннелирование неравновесных квазичастиц, возбуждаемых рентгеновскими квантами в несимметричном ссверхпроводящем туннельном детекторе. // Физика низких температур. 1997. Т. 23. № 11. С. 1187-1194.

5. Andrianov V.A., Gorkov V.P., Romashkina I.L., Kozin M.G., Romashkina I.L., Sergeev S.A., Shpinel V.S., Dmitriev P.N., Koshelets V.P. Diffusion and back tunneling effects on the energy resolution of superconducting tunnel junction detectors. // Proceedings of the European Conference on Energy Dispersive X-ray Spectrometry. 1998. Bologna, Italy, ed. J.E. Fernandez and A. Tartari. P.81-85.

6. Andrianov V.A., Dmitriev P.N., Koshelets V.P., Kozin M.G., Romashkina I.L., Sergeev S.A., Shpinel V.S. Back tunneling and phonon exchange effects in superconducting tunnel junction X-ray detectors. // Physica B. 1999. V. 263-264. P. 613-616.

7. Андрианов B.A., Горькое В.П., Козин М.Г., Ромашкина И.Л., Сергеев С.А., Шпинель B.C., Дмитриев П.Н., Кошелец В.П. Электронные и фононные эффекты в сверхпроводящих туннельных детекторах рентгеновского излучения. // Физика Твердого тела. 1999. Т.41, №7. С. 1168-1175.

8. Andrianov V.A., Dmitriev P.N., Koshelets V.P., Kozin M.G., Romashkina I.L., Sergeev S.A., Shpinel V.S. Phonon effects in STJ X-ray detectors. // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A. 2000. V. 444. P. 19-22.

9. Andrianov V.A., Dmitriev P.N., Koshelets V.P., Kozin M.G., Romashkina I.L., Sergeev S.A. STJ X-Ray Detectors with Killed Electrode.// AIP Conf. Proc. 2002. V. 605. P. 161-164.

10. Andrianov V.A., Gorkov V.P. Numerical Calculations of Diffusion Effects in STJ-Detectors. // AIP Conf. Proc. 2002. V. 605. P. 39-42.

11. Samedov V. V., Andrianov V.A. Fluctuations of STJ-Detector Signal due to Competition of Electron and Hole Tunneling Channels. // AIP Conf. Proc. 2002. V. 605. P. 47-50.

12. Андрианов В.А., Горькое В.П. Диффузионная модель детекторов на основе сверхпроводящих переходов. // Прикладная математика и информатика. 2004. № 19. С. 5-20.

13. Andrianov V.A., Filippenko L.V., Gorkov V.P., Koshelets V.P. Quasiparticle Recombination in STJ X-ray detectors. // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A. 2006. V. 559. P. 683-685.

14. Andrianov V.A., Filippenko L.V., Gorkov V.P., Koshelets V.P. Recombination losses in STJ X-ray detectors with killed electrode. // Journal of Physics: Conference Series 2006. V. 43.P. 1311-1314.

15. Андрианов В.А., Горькое В.П., Кошелец В.П., Филиппенко J1.B. Рекомбинация квазичастиц в сверхпроводящих туннельных детекторах рентгеновского излучения // Измерительная техника. 2006. N8. С. 59-64.

16. Андрианов В.А., Горькое В.П., Кошелец В.П., Филиппенко J1.B. Сверхпроводящие туннельные детекторы рентгеновского излучения. Вопросы энергетического разрешения. // Физика и техника полупроводников. 2007. Т.41, №2. С. 221-228.

17. Andrianov V.A., Filippenko L.V., Gorkov V.P., Koshelets V.P. Bias Voltage Dependence of Quasiparticle Recombination in STJ Detectors with Killed Electrode. // J. of Low Temp. Phys. 2008. V. 151. P. 287-291.

18. Andrianov V.A., Gorkov V.P. Quasiparticle Edge Losses in Double STJs Strip X-Rays Detectors. //J. of Low Temp. Phys. 2008. V. 151. P. 327-332.

19. Андрианов B.A., Горьков В.П. Энергетическое разрешение стриповых сверхпроводящих детекторов с двумя туннельными переходами. // Известия РАН Серия Физическая. 2008. Т.72, № 6. С. 793-797.

20. Andrianov V.A., Gorkov V.P. Quasiparticle Self-Recombination in Double STJs Strip X-ray Detectors. AIP Conference Proceedings. 2009. V. 1185. P. 465-468.

21. Горьков В.П., Андрианов В.А. Двумерная модель стрипового детектора с двумя туннельными переходами. // Прикладная математика и информатика. 2010. № 36. С. 25-36.

22. Андрианов В.А., Кошелец В.П., Филиппенко J1.B. О сигнале пассивного электрода в рентгеновских детекторах на базе сверхпроводящих туннельных переходов. ФТТ, 2011, Т. 53, №8, С. 1466-1472.

10.7. Выводы.

Разработана диффузионная модель двумерного стрипового СТП-детектора, учитывающая краевые потери квазичастиц на границах поглощающей полоски, конечную эффективность захвата квазичастиц в области туннельных переходов, а также потери неравновесных квазичастиц за счет собственной рекомбинации.

В случае нулевых рекомбинационных потерь получены аналитические выражения для сигналов детектора. Решение определяется следующими параметрами: отношением сторон поглощающей полоски а/Ь; отношением длины полоски к длине диффузии а/Л, параметром эффективности ловушки туннельного перехода Ь и параметром краевых потерь g.

Проведены модельные расчеты, показывающие, что краевые потери приводят к зависимости сигналов детектора и поперечной координаты поглощения кванта уо. Эти потери приводят к ухудшению энергетического разрешения стриповых СТП детекторов. Спектральная линия приобретает асимметричную форму с «завалом» в сторону меньших энергий. Ширина линии определяется параметром g.

Рассмотрение влияния собственной рекомбинации проведено численными методами. Показано, что действие рекомбинации в целом аналогично действию краевых потерь. Рекомбинация приводит к уменьшению сигналов 0 и 2г и суммарного сигнала Ох- Также как и краевые потери, учет рекомбинации приводит к зависимости сигнала от координаты поглощения кванта уо, при этом, большие значения сигналов регистрируются при поглощении квантов в центре полосы, и меньшие при поглощении вблизи её краев. Собственная рекомбинация вызывает уширение спектральной линии. Рекомбинационное уширение тем больше, чем больше ширина полоски-поглотителя и чем меньше начальный радиус оо

Краевые потери и рекомбинация оказывают слабое влияние на разностный сигнал Я(хо). Их действие аналогично введению дополнительных средних потерь увеличение отношения —). Зависимость разностного сигнала Я(хо) от поперечной Л координаты уо заметно слабее, чем для суммарного сигнала Это означает, что позиционная чувствительность стриповых детекторов ослабляется этими процессами заметно слабее, чем их энергетическое разрешение.

Проведены оценки влияния краевых потерь квазичастиц и собственной рекомбинации на сигналы СТП-детекторов для трех материалов полоски-поглотителя.

Показано, что краевые потери могут приводить к заметной деградации характеристик данных детекторов. Поэтому методика изготовления стриповых СТП-детекторов должна обеспечивать минимальный уровень гибели квазичастиц на боковых гранях поглотителей. Оценки вклада собственной рекомбинации показали, что для эпитаксиальных поглотителей вклад собственной рекомбинации невелик, уширение линии не превышает 0.5%. Для поликристаллических поглотителей влияние рекомбинации возрастает, особенно при регистрации квантов больших энергий в конструкциях, имеющих хороший акустический контакт с подложкой.

Заключение. Основные результаты, полученные в диссертации.

1. Разработка и экспериментальные исследования образцов туннельных детекторов с многослойной структурой электродов, в том числе, детекторов с трехслойным электродом А1ЛМЬ/МЬМ, обеспечивающим условия направленной диффузии квазичастиц к туннельному барьеру, и детекторов с пассивными электродами А1/ЫЬ и 'ПЛЧЬ. Исследования детекторов со структурой Т^Ь/А1,А10Х/А1/ЫЬ/ЫЬ1Ч, имеющих энергетическое разрешение 90 эВ на рентгеновской линии 6 кэВ, что в ~ 1.7 раза лучше разрешения кремниевых полупроводниковых детекторов.

2. Анализ временной формы сигналов и собственных шумов СТП-детекторов, учитывающий конкуренцию электронного и дырочного каналов туннелирования и режим многократного туннелирования квазичастиц. Получение аналитического выражения для собственной ширины линии. Вывод о том, что конкуренция каналов туннелирования ведет к заметному уширению линии СТП-детекторов.

Расчет допустимых значений электрических параметров СТП-детекторов, обеспечивающий заданный уровень электронных шумов (например, 80 эВ, 40 эВ и т.д.).

3. Разработка диффузионной модели туннельных детекторов, учитывающей двумерное диффузионное движение квазичастиц, их туннелирование и гибель, как в объеме электрода, так и вблизи боковых граней, в том числе для электродов ромбической формы. Анализ энергетического разрешения детекторов, в условиях зависимости сигнала от координаты поглощения кванта (неоднородное уширение). Расчет формы спектральной линии для детекторов, имеющих различную форму электродов. Сравнение расчетов с экспериментальными данными.

4. Экспериментальные исследования зависимости амплитуды сигнала СТП-детектора от энергии поглощенного кванта, проведенные методом рентгеновской флюоресценции. Обнаружение сильной нелинейности отклика детектора, обусловленной собственной рекомбинацией неравновесных квазичастиц.

5. Разработка диффузионной модели СТП-детекторов с учетом рекомбинационных потерь. Согласованное описание, как формы спектральной линии детектора, так и нелинейной зависимости амплитуды сигнала от энергии поглощенного кванта. Вывод о том, что собственная рекомбинация неравновесных квазичастиц является одним из основных механизмов деградации энергетического разрешения. Формула для оценки вклада рекомбинационных потерь в сигнал детектора.

6. Результаты экспериментальных исследований СТП-детекторов со структурой Т1/ЫЬ(1)/А1Д10Х/А1(2)/^Ь(2)/ЫЬ'Ы: Оптимизация конструкции детекторов с точки зрения улучшения энергетического разрешения и улучшения качества спектров.

7. Создание двумерной диффузионной модели стриповых позиционно-чувствительных СТП-детекторов. Анализ влияния краевых и рекомбинационных потерь квазичастиц на амплитуды сигналов и их зависимость от координаты поглощения кванта в поперечном направлении. Анализ уширения спектральной линии и искажения ее формы.

1. D. Twerenbold. Nonequilibrium model of the superconducting tunnel junction x-ray detector. // Phys. Rev. B. 1986. V.34. P. 7748-7759.

2. N.E. Booth, D.J. Golgie. Superconducting particle detectors // Supercond. Sci. Technol. 1996. V. 9. P. 493-516.

3. P.K. Day, H.G. Leduc, A. Goldin, T. Vayonakis, B.A. Mazin, S. Kumar, J. Gao, J. Zmuidzinas. Antenna-coupled microwave kinetic inductance detectors // Nuclear Instr. and Methods in Phys. Res. A. 2006. V. 559. P. 561-563.

4. N.E. Booth. Quasiparticle trapping and the quasiparticle multiplier. // Appl. Phys. Lett. 1987. V. 50. P. 293-295.

5. A.A. Голубов, M.A. Гуревич, М.Ю. Куприянов, С.В. Полонский. Эффект Джозефсона в туннельных SS'IS'S-структурах. // ЖЭТФ. 1993. Т. 103. С. 18511867.

6. А. Роуз-Инс, E. Родерик. Введение в физику сверхпроводников. //Издательство «Мир», Москва, 1972, 184 с.

7. S.B. Kaplan, C.C. Chi, D.N. Landberg, J.J. Chang, S. Jafarey, D.J. Scalapino. Quasiparticle and phonon lifetime in superconductors. // Phys. Rev. B. 1976. V. 14. P. 4854-4873.

8. S. Morohashi, S. Hasuo. Experimental investigations and analysis for high-quality Nb/Al-AlOx/Nb Josephson junctions. // J. Appl. Phys. 1987. V. 61. P. 4835-4849.

9. V.P. Koshelets, S.A. Kovtonyuk, I.L. Serpuchenko, L.V. Filippenko, A.V. Shchukin. High Quality Nb-AlOx-Nb Tunnel Junctions for Microwave and SFQ Logic Devices. // IEEE Transactions on Magnetics. 1991. V. 27. P. 3141-3144.

10. А. Бароне, Дж. Патерно. Эффект Джозефсона: Физика и применения. Москва «Мир» 1984. 649 с.

11. M.D. Fiske. Temperature and magnetic field dependence of the Josephson tunneling current. // Rev. Mod. Phys. 1964. V. 36. P. 221-222.

12. H. Kraus. Cryogenic detectors and their application to mass spectrometry.// Intern. J. of Mass Spectrometry. 2002. V. 215. P. 45-58.

13. N. Rando, S. Andersson, B. Collaudin, F. Favata, P. Gondoin, A. Peacock, M. Perryman, J. Verveer, P. Verhoeve, D. J. Goldie. First astronomical results from S-Cam. //Nucl. Instrum. and Methods in Phys. Res. A. 2000. V. 444. № 1-2. P. 441-444.

14. H. Kroger, L.N. Smith, D.W. Jillie. Selective niobium anodisation process for fabrication Josephson tunnel junctions. // Appl. Phys. Lett. 1981. V. 3. P. 280-282.

15. JI.B. Филиппенко. Интегральные сверхпроводниковые приемные структуры на основе высококачественных туннельных переходов. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук. ИРЭ РАН, Москва. 2009. 220 с.

16. П.Н. Дмитриев Разработка и исследования новых типов сверхпроводниковых туннельных переходов для приемных СВЧ устройств. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук. ИРЭ РАН, Москва. 2009. 96 с.

17. М. П. Малков. Справочник по физико-техническим основам криогеники. // Москва. Энергоатомиздат. 1985. 432 с.

18. Д. Монтгомери. Получение сильных магнитных полей с помощью соленоидов. // Мир. Москва. 1971. 359 с.

19. B.C. Шпинель. Резонанс гамма-лучей в кристаллах. // Наука. Москва 1969. С. 81-86.

20. M.G. Kozin, V.A. Andrianov, l.L. Romashkina, Yu.D. Perfiliev, L.A. Kulikov Nonmagnetic X-ray Fe-55 Source. // Abstracts of 11-th International Workshop on Low Temperature Detectors (LTD-11). 2005. Tokyo, Japan. P.83.

21. Andrianov V.A., Filippenko L.V., Gorkov V.P., Koshelets V.P. Quasiparticle Recombination in STJ X-ray detectors. //Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A. 2006. V. 559. P.683-685.

22. Библиотека программ на Фортране, Дубна 1970. С. Д520-В524.

23. B.D. Josephson. Possible new effects in superconductive tunnelling. // Phys. Lett. 1962. V. 1. P.251-253.

24. Jl. Солимар. Туннельный эффект в сверхпроводниках и его применения. // Мир. Москва. 1974. 428 с.

25. Р. N. Dmitriev, А. В. Ermakov, A. G. Kovalenko, V. P. Koshelets, N. N. Iosad, А. А. Golubov, М. Yu. Kupriyanov. Niobium Tunnel Junctions with Multi-Layered Electrodes. // IEEE Trans, on Appl. Supercond. 1999. V. 9. P. 3970-3973.

26. C.L. Foden, N. Rando, A. van Dordrecht, A. Peacock, J. Lumley, C. Pereira. Possible observation of multiple-particle tunneling in niobium tunnel junctions // Phys. Rev. B. 1993. V. 47. P. 3316-3322.

27. B.A. Андрианов, М.Г. Козин, JI.B. Нефедов, И.Л. Ромашкина, С.А. Сергеев,

28. В.С.Шпинель. Изучение сверхпроводящих туннельных переходов Nb/Al/A10x/Nbдля детектирования мягкого рентгеновского и у излучения. // Известия РАН сер. Физическая, 1996. Т. 60. № 11. С. 184-191.

29. Физические величины. Справочник под редакцией И.С. Григорьева и Е.С. Мейлихова. Энергоатомиздат. Москва 1991. 800 с.

30. А.А. Golubov, Е.Р. Houwman. Quasiparticle relaxation rates in a spatially inhomogeneous superconductor. // Physica C. 1993. V. 205. P. 147-153.

31. R.L. Peterson. Sidelobe suppression in small Josephson junctions. // Cryogenics. 1991. V. 31. P. 132-135.

32. E.P. Houwman, J.G. Gijsbertsen, J. Flokstra, H. Rogalla. On the suppression of the sidelobes of the supercurrent in small Josephson tunnel junctions. // Physica C. 1991. V. 183. P.339-344.

33. J.G. Gijsbertsen. Superconducting tunnel junctions for X-ray detection. // PhD Thesis, University Twente. Netherlands. 1995. 178 p.

34. И.О. Кулик, И.К. Янсон. Эффект Джозефсона в сверхпроводящих туннельных структурах. «Наука». Москва. 1970. 273 с.

35. M.D. Fiske. Temperature and magnetic field dependence of the Josephson tunneling current. // Rev. Mod. Phys. 1964. V. 36. P. 221-222.

36. И.О. Кулик. К теории резонансных явлений при сверхпроводящем туннелировании. // ЖТФ. 1967. Т. 37. С. 157-164.

37. R.F. Broom, P. Wolf .Q factor and resonance amplitude of Josephson tunnel junctions. // Phys. Rev. B. 1977. V. 16. P. 3100-3106.

38. M. A. H. Nerenberg, P. A. Forsyth, Jr. A. Blackburn. Excitation of cavity modes in rectangular Josephson junctions. Hi. Appl. Phys. 1976. V. 47. P. 4148-4150.

39. Голубов A.A., Куприянов М.Ю., Лукичев В.Ф. Теория эффекта Джозефсона в туннельных структурах SNIS и SN1NS».// ФНТ. 1984. Т. 10. С.789-795.

40. A. Zehnder, Ph. Lerch, S. P. Zhao, Th. Nussbaumer, E. Kirk, H. R. Ott. Proximity effect in Nb/Al-A10x-Al/Nb superconducting tunnel junctions. // Phys. Rev. B. 1999. V. 59.1. P. 8875-8886.

41. G. Brammertz, A. Poelaert, A. A. Golubov, P. Verhoeve, A. Peacock, H. Rogalla. Generalized proximity effect model in superconducting bi- and trilayer films. // J. of Appl. Phys. 2001. V. 90. P. 355-364.

42. Abel Poelaert. «Superconducting tunnel junctions used as photon detectors» Ph.D. Thesis. University Twente. ISBN 90-36512867. Netherlands. 1999. 162 p.

43. G. Brammertz, A. A. Golubov, P. Verhoeve, R. den Hartog, and A. Peacock, H. Rogalla. Critical temperature of superconducting bilayers: Theory and experiment. // Appl. Phys. Lett. 2002. V. 80. P. 2955-2957.

44. B.B. Шмидт. Введение в физику сверхпроводников. // Москва. МЦНМО. 2000. С. 272-274.

45. R. A. Hijmering, P. Verhoeve, D. D. Е. Martin, A. G. Kozorezov, J. К. Wigmore, R. Venn, P. J. Groot, I. Jerjen. Efficiency of quasiparticle creation in proximized superconducting photon detectors. // J. of Appl. Phys. 2009. V. 105, P. 123906(1-7).

46. J. B. le Grand. X-ray response of superconductive tunnel junctions with trapping layer. Ph. D. Thesis. Utrecht. The Netherlands. 1995, 216 p.

47. A. Zehnder. Response of superconductive films to localized energy deposition. // Phys. Rev. B. 1995. V. 52. P. 12858-12866.

48. J. B. le Grand, J. Martin, R. P. Huebener, A. W. Hamster, G. C. S. Brons, J. Flokstra Quasiparticle relaxation rates in Nb/A10x/Nb tunnel junctions due to Abrikosov vortices. //J. Appl. Phys. 1997. V. 81. P.7413-7417.

49. R. Cristiano, L. Frunzio, R. Monaco, C. Nappi, S. Pagano. Investigation of subgap structures in high-quality Nb/A10x/Nb tunnel junctions. // Phys. Rev. B. 1994. V. 49. P. 429-440.

50. B.N. Taylor, E. Burstein. Excess currents in electron tunneling between superconductors. // Phys. Rev. Lett. 1963. V. 10 P. 14-17.

51. J.R. Schrieffer, J.W. Wilkins. Two-particle tunneling processes between superconductors. // Phys. Rev. Lett. 1963. V. 10 P. 17-20.

52. A.W. Kleinsasser, R.E. Muller, W.H. Mallison, G.B. Arnold. Observation of multiple Andreev reflection in superconducting tunnel junctions. //Phys. Rev. Lett. 1994. V. 72. P. 1738-1741.

53. L.-E. Hasselberg, M.T. Levisen, M.R. Samuelsen. Theories of subharmonic gap structures in superconducting junctions. // Phys. Rev. B. 1974. V. 9. P. 3757-3765.

54. P. Verhoeve. Superconducting tunnel junction detectors for ground-base optical astronomy and space-base UV and X-ray astrophysics. // AIP Conf. Proc. 2002. V. 605. P. 559-564.

55. N. Rando, A. Peacock, C. Foden, and A. v. Dordrecht, J. Lumley and C. Pereira. X-ray characteristics of a niobium superconducting tunnel junction with a highly transmissive tunnel barrier. //J. Appl. Phys. 1993. V. 73. P. 5098-5104.

56. V.A. Andrianov, P.N. Dmitriev, V.P. Koshelets, M.G. Kozin, I.L. Romashkina, S.A. Sergeev. STJ X-Ray Detectors with Killed Electrode.// AIP Conf. Proc. 2002. V. 605. P. 161-164.

57. H. Kraus, F.v.Feilitzsch, J. Jochum, R.L. Mossbauer, Th. Peterreins, F. Probst. Quasiparticle trapping in a superconductive detector system exhibiting high energy and position resolution. // Phys. Lett. B. 1989. V. 231. P. 195-202.

58. A. Poelaert, C. Erd, A. Peacock, N. Rando, P. Verhoeve, A. G. Kozorezov and J. K. Wigmore. X-ray detection by superconducting tunnel junctions via phonon propagation in the substrate. // J. Appl. Phys. 1996. V.79. P. 7362-7369.

59. D. Van Vehten, K.S. Wood. Probability of quasiparticle self-trapping due to localized energy deposition in nonequilibrium tunnel-junction detectors. // Phys. Rev. B. 1993. V. 43. P.12852-12860.

60. A. G. Kozorezov, A. F. Volkov, J. K. Wigmore, A. Peacock, A. Poelaert, R. den Hartog. Quasiparticle-phonon downconversion in nonequilibrium superconductor. // Phys. Rev. B. 2000. V. 61-1. P. 11807-11819.

61. A.G. Kozorezov. Kinetic of interacting quasiparticles and phonons in non-equilibrium superconductors. // Nuclear Instruments and Methods in Phys. Res. A. 2000. V. 444. P. 3-7.

62. D. Goldie, P. L. Brink, C. Patel, N. E. Booth, G. L. Salmon. Statistical noise due to tunneling in superconducting tunflel junction detectors. // Appl. Phys. Lett. 1994. V. 64. P. 3169-3171.

63. A. Steele, A. G. Kozorezov, P. Boyd, J. K. Wigmore, A. Poelaert, A. Peacock, R. den Hartog. Using phonon pulses to characterise superconducting tunnel junction (STJ) X-ray detectors. // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A. 2000. V. 444. P. 8-10.

64. V. A. Andrianov, P. N. Dmitriev, V. P. Koshelets, M. G. Kozin, I. L. Romashkina, S. A. Sergeev, V. S. Shpinel. Back tunneling and phonon exchange effects in superconducting tunnel junction X-ray detectors. // Physica. B. 1999. V. 263-264. P. 613-616.

65. V.A. Andrianov, P.N. Dmitriev, V.P. Koshelets, M.G. Kozin, I.L. Romashkina, S.A. Sergeev, V.S. Shpinel. Phonon effects in STJ X-ray detectors. // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A. 2000. V. 444. P. 19-22.

66. M.Yu. Torgashin, V.P. Koshelets, P.N. Dmitriev, A.B. Ermakov, L.V. Filippenko, P. A. Yagoubov. Superconducting Integrated Receiver Based on Nb-AlN-NbN-Nb Circuits. // IEEE Trans. On Appl. Supercond. 2007. V. 17. P. 379-382.

67. C. A. Mears, S. E. Labov, A. T. Batfknecht. Energy-resolving superconducting x-ray detectors with charge amplification due to multiple quasiparticle tunneling. // Appl. Phys. Lett. 1993. V. 63. P. 2961-2963.

68. P. Verhoeve. UV/optical imaging spectroscopy with cryogenic detectors. //Nuclear Instruments and Methods in Phys. Res. A. 2000. V. '444. P. 435-440.

69. V. V. Samedov. Superconducting tunnel junction signal caused by quasielectron multitunneling. // Nuclear Instruments and Methods in Phys. Res. A. 2000. V. 444. P. 59-62.

70. L. J. Hiller, M. L. van den Berg, S. E. Labov. Multiple-tunneling noise in superconducting tunnel junctions from partial current integration. // Appl. Phys. Lett. 2001. V. 79. P. 4441-4443.

71. P. Verhoeve, R. den Hartog, A. Kozorezov, D. Martin, A. van Dordrecht, J. K. Wigmore, A. Peacock. Time dependence of tunnel statistics and the energy resolution of superconducting tunnel junctions. // J. of Appl. Phys. 2002. V. P. 6072-6081.

72. D. D. E. Martin, P. Verhoeve, A. Peacock, A. G. Kozorezov, J. K. Wigmore, H. Rogalla, R. Venn. Resolution limitation due to phonon losses in superconducting tunnel junctions. // Appl. Phys. Lett. 2006. V. 88 P. 123510-(l-3).

73. V.V. Samedov. Fluctuation of Multitunneling in STJ Detectors. // AIP Proc. 2002. V. 605. P. 43-46.

74. V. V. Samedov, V.A. Andrianov. Fluctuations of STJ-Detector Signal due to Competition of Electron and Hole Tunneling Channels. // AIP Conf. Proc. 2002. V. 605. P. 47-50.

75. Д. Худсон. Статистика для физиков. Мир, Москва 1970, С. 42-48.

76. К. Segall, С. Wilson, L. Frunzio, L. Li, S. Friedrich, M. C. Gaidis, D. E. Prober. Noise mechanisms in superconducting tunnel-junction detectors. // Appl. Phys. Lett. 2000. V. 75. P. 3998-4000.

77. K. Segall, D. E. Prober Quantum partition noise in a superconducting tunnel junction Phys. Rev В 2001. V. 64. P. 180508-1-4.

78. J. Jochum, H.Kraus, M.Gutsche, B.Kemmather. Signal to Noise Ratio of Superconducting Tunnel Junction Detectors. // J. of Low Temp. Phys. 1993. V. 93. P.623-630.

79. J. Jochum, H. Kraus, M. Gutsche, B. Kemmather, F.v. Feilitzsch, R.L. Mossbauer. Electronic noise of superconducting tunnel junction detectors //Nucl. Instrum. and Methods in Phys. Res. A. 1994. V. 338. P. 458-466.

80. База данных National Institute of Standard and Technology (NIST) http://physics.nist.gov/cgi-bin/XrayTrans

81. V.A. Andrianov, V.P. Gorkov. Numerical Calculations of Diffusion Effects in STJ-Detectors. // AIP Conf. Proc. 2002. V. 605. P. 39-42.

82. D. Van Vechten, K. Wood. Probability of quasiparticle self-trapping due to localized energy deposition in no equilibrium tunnel-junction detectors. // Phys. Rev. B. 1991.1. V. 43. P.12852-12860.

83. F.S. Porter, D.Van Vechten, M.G. Blamire, E.C.G. Kirk. Suppression of extrinsic resolution limiting factors in epitaxial superconducting tunnel junction detectors. // IEEE Trans. Appl. Supercond. 1995. V. 5. n. 2. Pt.3. P. 3026-3029.

84. B.A. Андрианов, В.П. Горьков, В.П. Кошелец, J1.B. Филиппенко. Сверхпроводящие туннельные детекторы рентгеновского излучения. Вопросы энергетического разрешения. // Физика и техника полупроводников. 2007. Т. 41. №2. С. 221-228.

85. М.Г. Козин, И.Л. Ромашкина, С.А. Сергеев, JI.B. Нефедов, В.П. Кошелец, JI. В. Филиппенко. Регистрация спектра излучения мессбауэровского источника 57Со сверхпроводящим туннельным детектором. // Приборы и техника эксперимента. 2006. No. 6. С. 135-139.

86. G. Kozorezov, J.К. Wigmore, R. den Hartog, D. Martin, P.Verhoeve, A. Peacock. Quasiparticle diffusion and the energy resolution of superconducting tunneling junctions as photon detectors. I. Theory. // Phys. Rev. B. 2002. V. 66. P. 094510(1-10).

87. R. A. Hijmering, P. Verhoeve, D. D. E. Martin, A. G. Kozorezov, J. K. Wigmore, R. Venn, P. J. Groot, and I. Jerjen. Efficiency of quasiparticle creation in proximized superconducting photon detectors. Hi. of Appl. Phys. 2009. V. 105. P. 123906-(l-6).

88. S. В. Kaplan. Acoustic matching of superconducting films to substrate. // J. Low Temp. Phys. 1979. V. 37. No. 3/4. P. 343-365.

89. Г.М. Элиашберг. Неупругие столкновения электронов и неравновесные стационарные состояния в сверхпроводниках. //ЖЭТФ. 1971. Т. 61. С. 1254-1272.

90. В.Ф. Елесин, Ю.В. Копаев. Сверхпроводники с избыточными квазичастицами // Успехи физических наук 1981. Т. 133, No. 2, С. 259-307.

91. В. Ivlev, G. Рере, and U. Scotti di Uccio. Superconducting tunnel junction detectors: Analysis of the linear regime.//Nucl. Instrum. and Methods in Phys. Res. A. 1991. V. 300. P. 127-131.

92. A. Rothwarf, B.N. Taylor Measurement of Recombination Lifetimes in Superconductors. // Phys. Rev. Lett. 1967. V.19. P. 27-30.

93. B.A. Андрианов, В.П. Горьков. Диффузионная модель детекторов на основе сверхпроводящих переходов. // Прикладная математика и информатика. 2004. № 19. С. 5-20.

94. В.А. Андрианов, В.П. Горьков. Энергетическое разрешение стриповых сверхпроводящих детекторов с двумя туннельными переходами. // Известия РАН Серия Физическая. 2008. Т.72, № 6. С.793-797.

95. V. A. Andrianov, V. P. Gorkov. Quasiparticle Edge Losses in Double STJs Strip X-Rays Detectors. // J. of Low Temp. Phys. 2008. V. 151. P. 327-332.

96. V.A. Andrianov, V.P. Gorkov. Quasiparticle Self-Recombination in Double STJs Strip X-ray Detectors. // AIP Conference Proceedings. 2009. V. 1185. P. 465-468.

97. В.П. Горьков. B.A. Андрианов. Двумерная модель стрипового детектора с двумя туннельными переходами. // Прикладная математика и информатика. 2010. № 36. С. 25-36.

98. А.Н. Тихонов, А.А. Самарский. Методы математической физики. Москва, Наука, 1972. 735 с.

99. А. Абрагам. Ядерный магнетизм. Издательство иностранной литературы, Москва. 1963. 551 с.

100. A.A. Самарский, В.Б. Андреев. Разностные методы для эллиптических уравнений. М.: Наука. 1976. 352 с.

101. M.G. Kozin, I.L. Romashkina, S.A. Sergeev, L.V. Nefedov, V.A. Andrianov, V.N. Naumkin, V.P. Koshelets, L.V. Filippenko. STJ X-Ray Detectors with Titanium sublayer. // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A. 2004. V. 520. P. 250-253.

102. L. Shumei, Zh. Dianlin, J. Xiunian, Lu Li, Li Shanlin, K. Ning, Wu Xiaosong, J. J. Lin. Upper critical field of Ti and a-TiAl alloys: Evidence of an intrinsic type-II superconductivity in pure Ti. // Phys. Rev. B. 2000. V. 62. P. 8695-8698.

103. B.A. Андрианов, В.П. Горьков, В.П. Кошелец, Л.В. Филиппенко. Рекомбинация квазичастиц в сверхпроводящих туннельных детекторах рентгеновского излучения. // Измерительная техника. 2006. N8. С.59-64.

104. V.A. Andrianov, L.V. Filippenko, V.P. Gorkov and V.P. Koshelets. Bias Voltage Dependence of Quasiparticle Recombination in STJ Detectors with Killed Electrode. // J. of Low Temp. Phys. 2008. V. 151. P. 287-291.

105. A. Poelaert, A. Peacock, N. Rando, P. Verhoeve, P. Videler. The suppression of phonon induced noise in niobium superconducting tunnel junction x-ray detectors. // J. Appl. Phys. 1996. V. 79. No. 5. P. 2574-2579.

106. N. Rando, A.Peacock, A. van Dordrecht, P. Hiibner, P. Videler, J. Salmi, I. Suni. Response linearity ofNb tunnel junction detectors for photon energies from 1,5 to 6,4 keV. Hi. Appl. Phys. 1994. V. 76. P. 2490-2493.

107. S.E. Labov, L.H. Hiller, C.A. Mears, M. Frank, H. Netel, F. Azgui, A.T. Barfknecht. Low-Energy Response of Superconducting Tunnel Junction X-ray Spectrometers. // IEEE Trans. Appl. Supercond. 1995. V. 5. P. 3034-3037.

108. A. Poelaert, R. den Hartog, A. Peacock, A. Kozorezov, J. K. Wigmore. The role of phonon processes in the performance of superconducting tunnel junctions used as photon detectors. // Physica B: Condensed Matter. 1999. V. 263-264. P. 607-609.

109. A. Poelaert, A.G. Kozorezov, A. Peacock, J. K. Wigmore. Strong Nonlinear Response of Superconducting Tunnel Junctions due to Localized Traps. //Phys. Rev. Lett. 1999. V. 82. P. 1257-1260.

110. Г. Корн, Г. Корн. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Наука. Москва. 1973. 831 с.

111. P. A.G. de Korte, М. L. van den Berg, M. P. Bruijn, M. Frericks, J. B. le Grand, J. G. Gijsbertsen, E. P. Houwman, J. Flokstra. Superconductive tunnel junctions for x-ray spectroscopy. // Proc. SPIE 1992. V. 1743. P. 24-35.

112. H.W. Weber, E.Seidl, C. Laa, E.Schachinger, M. Prohammer, A.Junod, D. Eckert. Anisotropy effects in superconducting niobium. // Phys.Rev. B. 1991. V. 44. P. 75857600.

113. B.A. Sanborn, P.B. Allen, D.A. Papaconstantopoulos. Emperical electron-phonon coupling constants and anisotropic electrical resistivity in hep metals. // Phys. Rev. B. 1989. V. 40. P. 6037-6044.

114. Zh. Dianlin, L. Shumey, J. Xiunian, L. Jianlin, X.-G. Zhang, W. Ruju, K. Ning, C. Zhaojia, L. LI, J. J. Lin. Electronic transport properties of TiAl alloys. // Intern. J. of Modern Phys. B. 2005. V. 19. No. 25. P. 3869-3895.

115. A. Peacock, P. Verhoeve, N. Rando, A. van Dordrecht, B. G. Taylor, C. Erd, M. A. C. Perryman, R. Venn, J. Howlett, D. J. Goldie. Single optical photon detection with a superconducting tunnel junction. //Nature 1996. V. 381. P. 135-137.

116. A.E. Усанова. Влияние магнитного поля на работу сверхпроводящих детекторов. //Дипломная работа. Физфак МГУ, 2008. С. 1-33.

117. R. A. Hijmering, P. Verhoeve, D. D. E. Martin, R. Venn. First Results on the Imaging Capabilities of a DROID Array in the UV/Visible. // AIP Conference Proceedings. 2009. V. 1185. P. 401-404.

118. R. den Hartog, A. G. Kozorezov, D. D. E. Martin, G. Brammertz, P. Verhoeve, A. Peacock. Large-format distributed read-out imaging devices for X-ray imaging spectroscopy. // AIP Conference Proceedings. 2002. V. 605. P. 11-14.

119. I. Jerjen, E. Kirk, E. Schmid, A. Zehnder. Distributed readout detectors using superconducting tunnel junctions. //Nuclear Instruments and Methods in Phys. Res. A. 2006. V. 559. P. 497-499.

120. L. Li, L. Frunzio, C. Wilson, K. Segall, D.E.Prober, A.E. Szimkowiak, S.H. Moseley. Spatial uniformity of single photon 1-D imaging detectors using superconducting tunnel junctions. // AIP Conf. Proc. 2002. V. 605. P. 145-148.

121. K. Segall, C. Wilson, L. Li, L. Frunzio, S. Friedrich, M. C. Gaidis, D. E. Prober. Dynamics and energy distribution of nonequilibrium quasiparticles in superconducting tunnel junctions. // Phys. Rev. B. 2004. V. 70. P.214520-(l-13).

122. J. Jochum, H. Kraus, M. Gutsche, B. Kemmather, F. von Feilitzsch, R. L. Mossbauer. Dynamics of radiation induced quasiparticles in superconducting tunnel junction detectors. // Annalen der Physik. 1993. V. 2, P. 611-634.

123. V.V. Samedov. Once More on the Position Resolution of DROIDs. // AIP Conference Proceedings. 2009. V. 1185. P. 397-400.

124. M.Ejrnaes, C. Nappi, R. Cristiano. Dynamics of nonequilibrium quasiparticles in a double superconducting tunnel junction detector. // Supercond. Sci. Technol. 2005. V.18. P. 953-960.

125. Полный список публикаций автора по теме диссертации

126. B.C. Шпинель, В.А. Андрианов, М.Г. Козин. Состояние работ в областикриогенных детекторов. // Известия РАН. сер. физ. 1995. Т. 59. №11. С. 2-20.

127. B.C. Шпинель, В.А. Андрианов, М.Г. Козин. Достижения в области криогенныхдетекторов. // Тез. докл. Междун. совещ. по ядер, спектроскопии и структуре атомного ядра С.-Петербург. 1995. С. 415.

128. В.А. Андрианов, М.Г. Козин, J1.B. Нефедов, И.Л. Ромашкина, С.А. Сергеев, B.C.

129. Шпинель. Изучение сверхпроводящих туннельных переходов Nb/Al/AIOx/Nb для детектирования мягкого рентгеновского и у излучения. // Тез. докл. Междун. совещ. по ядер, спектроскопии и структуре атомного ядра С.-Петербург. 1995. С. 416.

130. В.А. Андрианов, М.Г. Козин, Л.В. Нефедов, И.Л. Ромашкина, С.А. Сергеев, B.C.

131. Шпинель. Изучение сверхпроводящих туннельных переходов Nb/Al/A10x/Nb для детектирования мягкого рентгеновского и у излучения. // Известия РАН. Сер. Физ. 1996. Т. 60. № 11. С. 184-191.

132. V.A. Andrianov, I.V. Abramova, V.P. Koshelets, M.G. Kozin, I.L. Romashkina, S.A.

133. Sergeev, V.S. Shpinel. Magnetic field effect on the charge output in Nb/Al/AIOx/Nb X-ray detector. // Extended Abstr.of 6th Int. Superconduct. Electronics Conf. (ISEC'97). Berlin. 1997. V. 3. A26. P. 402-404.

134. V.A. Andrianov, I.V. Abramova, V.P. Koshelets, M.G. Kozin, S.A. Sergeev, V.S.

135. Shpinel. Nonequilibrium quasiparticle diffusion and tunnellling in X-ray detector Nb/Al/AIOx/Nb. // Abstracts of Europ. Conf. on Applied Superconductivity. (EUCAS'97). 1997. P. 108.

136. V.A. Andrianov, I.V. Abramova, V.P. Koshelets, M.G. Kozin, I.L. Romashkina, S.A.

137. Sergeev, V.S. Shpinel. STJ-detector charge output: bias voltage and applied magnetic field dependence. // Abstr. of 7-th Int.Workshop on Low Temp. Detectors, (LTD-7), Munich. 1997. P. A29.

138. V.A. Andrianov, I.V. Abramova, V.P. Koshelets, M.G. Kozin, I.L. Romashkina, S.A.

139. Sergeev, V.S. Shpinel. STJ-detector charge output: bias voltage and applied magnetic field dependence. Proc.7-th Int. Workshop on Low Temp. Detectors, (LTD-7), Munich, 1997, P.71-72.

140. В.А. Андрианов, М.Г. Козин, С.А. Сергеев, B.C. Шпинель, И.В. Абрамова, В.П.

141. Кошелец. Туннелирование неравновесных квазичастиц, возбуждаемыхрентгенов-скими квантами в несимметричном сверхпроводящем туннельном детекторе. // Физика низких температур. 1997. Т. 23. № 11. С. 1187-1194.

142. V.A. Andrianov, P.N. Dmitriev, V.P. Koshelets, M.G. Kozin, I.L. Romashkina, S.A. Sergeev, V.S. Shpinel. Back tunneling and phonon exchange effects insuperconducting tunnel junction X-ray detectors // Physica B. 1999. V. 263-264. P. 613-616.

143. V.A. Andrianov, P.N. Dmitriev, V.P. Koshelets, M.G. Kozin, I.L. Romashkina, S.A. Sergeev, V.S. Shpinel. Phonon effects in STJ X-ray detectors. //Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A. 2000. V. 444. P. 19-22.

144. V.A. Andrianov, V.P. Gorkov. Numerical Calculations of Diffusion Effects in STJ-Detectors.// Programme and Abstracts of 9-th Int. Workshop on Low Temp. Detectors, (LTD-9), 23-27 July, 2001, Madison, Wisconsin, USA. 2001. P. A10.

145. V.S. Shpinel, V.A. Andrianov. Electron Multiplier with a Cascade of NIS Tunnel Junctions // Programme and Abstracts of 9-th Int. Workshop on Low Temp. Detectors, (LTD-9), 23-27 July, 2001, Madison, Wisconsin, USA. 2001. P. D04.

146. V.A. Andrianov, P.N. Dmitriev, V.P. Koshelets, M.G. Kozin, I.L. Romashkina, S.A. Sergeev. STJ X-Ray Detectors with Killed Electrode.// AIP Conf. Proc. 2002. V. 605. P. 161-164.

147. V.A. Andrianov, V.P. Gorkov Numerical Calculations of Diffusion Effects in STJ-Detectors. // AIP Conf. Proc. 2002. V. 605. P. 39-42.

148. V.V. Samedov, V.A. Andrianov. Fluctuations of STJ-Detector Signal due to Competition of Electron and Hole Tunneling Channels. // AIP Conf. Proc. 2002. V. 605. P. 47-50.

149. B.A. Андрианов, В.П. Горьков. Диффузионная модель детекторов на основе сверхпроводящих переходов. // Прикладная математика и информатика. 2004. № 19. С. 5-20.

150. V.A. Andrianov, L.V. Filippenko, V.P. Gorkov, V.P. Koshelets. Quasiparticle Recombination in STJ X-ray detectors. // Abstracts of 11-th International Workshop on Low Temp. Detectors (LTD-11). 31 July-5 August, 2005, Tokyo, Japan. 2005. P. 71.

151. V.A. Andrianov, M.G. Kozin, I.L. Romashkina, Yu.D. Perfiliev, L.A. Kulikov. Nonmagnetic X-ray Fe-55 Source. // Abstracts of 11-th International Workshop on Low Temp. Detectors (LTD-11). 31 July-5 August, 2005, Tokyo, Japan. 2005. P. 83.

152. V.A. Andrianov, L.V. Filippenko, V.P. Gorkov, V.P. Koshelets. Quasiparticle Recombination in STJ X-ray detectors. //Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A. 2006. V. 559. P. 683-685.

153. V.A. Andrianov, L.V. Filippenko, V.P. Gorkov, V.P. Koshelets. Recombination losses in STJ X-ray detectors with killed electrode. // Journal of Physics: Conference Series 2006. V. 43. P. 1311-1314.

154. B.A. Андрианов, В.П. Горьков, В.П. Кошелец, J1.B. Филиппенко. Рекомбинация квазичастиц в сверхпроводящих туннельных детекторах рентгеновского излучения // Измерительная техника. 2006. N8. С.59-64.

155. В.А. Андрианов, В.П. Горьков, В.П. Кошелец, JI.B. Филиппенко. Сверхпроводящие туннельные детекторы рентгеновского излучения. Вопросы энергетического разрешения. // Физика и техника полупроводников. 2007. Т.41, №2. С. 221-228.

156. V. A. Andrianov, V. P. Gorkov. Energy resolution of superconducting tunnel detectors with two tunnel junctions. //Book of abstracts of LVII Intern. Conference on Nuclear Physics "Nucleus 2007", (June 25-29, 2007, Voronezh, Russia). 2007. P. 304.

157. V.A. Andrianov, V.P. Gorkov. Quasiparticle Edge Losses and Self-Recombination in Double STJs Strip X-rays Detectors. // Abstract Booklet of 12-th Intern. Workshop Low Temp. Detectors (Paris, July 22-27, 2007). 2007. P. 76.

158. V.A. Andrianov, L.V. Filippenko, V.P. Gorkov, V.P. Koshelets. Bias Voltage Dependence of Quasiparticle Recombination in STJ Detectors with Killed Electrode. // J. of Low Temp. Phys. 2008. V. 151. P. 287-291.

159. V.A. Andrianov, V.P. Gorkov. Quasiparticle Edge Losses in Double STJs Strip X-Rays Detectors. // J. of Low Temp. Phys. 2008. V. 151. P. 327-332.

160. В.А. Андрианов, В.П. Горьков. Энергетическое разрешение стриповых сверхпроводящих детекторов с двумя туннельными переходами. // Известия РАН Серия Физическая. 2008. Т. 72, № 6. С. 793-797.

161. V.A. Andrianov, V.P. Gorkov. Quasiparticle Self-Recombination in Double STJs Strip X-ray Detectors. // Abstracts Book of Thirteenth International Workshop on Low Temperature Detectors (Stanford University / SLAC July 19-24, 2009). 2009. P. 77.

162. V.A. Andrianov. Signal of the Killed Electrode in STJ X-ray Detectors.// Abstracts Book of Thirteenth International Workshop on Low Temperature Detectors (Stanford University / SLAC July 19-24, 2009) 2009. P. 79.

163. V.A. Andrianov. Origin of the Signal of the Killed Electrode in STJ X-ray Detectors. // Abstract book of The 9th European Conference on Applied Superconductivity, EUCAS 2009, (Dresden, Germany, September 13-17). 2009. P. 184.

164. V.A. Andrianov, V.P. Gorkov. Quasiparticle Self-Recombination in Double STJs Strip X-ray Detectors. AIP Conference Proceedings. 2009. V. 1185. P. 465-468.

165. В.П. Горькое, B.A. Андрианов. Двумерная модель стрипового детектора с двумя туннельными переходами. // Прикладная математика и информатика. 2010. № 36. С.25-36.

166. B.A. Андрианов, В.П. Кошелец, Л.В. Филиппенко. О сигнале пассивного электрода в рентгеновских детекторах на базе сверхпроводящих туннельных переходов. // Физика твердого тела. 2011. Т. 53. С. 1466-1472.1. Благодарности.

167. В заключение хочу выразить глубокую благодарность всем, кто принимал участие и помогал в выполнении этой работы.

168. Прежде всего хотелось бы поблагодарить и выразить глубокую признательность моему научному руководителю профессору Владимиру Семеновичу Шпинелю, который инициировал исследования в данной области.

169. Я благодарен сотрудникам Отдела ядерно-спектроскопических методов НИИЯФ МГУ, активно участвовавших в данных исследованиях, радио-инженерам Сергею Александровичу Сергееву и Леониду Владимировичу Нефедову, ведущему инженеру Юрию Давидовичу Зонненбергу.

170. Наконец, я хочу сказать слова благодарности моим родителям Александру Ивановичу и Клавдии Ивановне Андриановым, а также моей жене Ольге Игоревне Андриановой, без участия и поддержки которых данная работа не могла бы быть выполнена.