Широкополосные NbN смесители терагерцового диапазона на электронном разогреве с фононным каналом охлаждения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ГЕТЕРОДИННЫМ ПРИЕМНИКАМ ИЗЛУЧЕНИЯ СУБМИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОН ВОЛН.

1.1. Гетеродинные приемники миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн.1В

1.2. Смесители на электронном разогреве с фононным каналом охлаждения.

1.3. Смесители на электронном разогреве с диффузионным каналом охлаждения.

1.4. Пути расширения полосы преобразования смесителей на эффекте электронного разогрева.

1.5. Согласование чувствительного элемента смесителя со щелевой и спиральной антеннами.

1.6. Выбор объекта исследования и постановка задачи.

Глава И. ИЗГОТОВЛЕНИЕ СМЕСИТЕЛЕЙ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.

2.1. Изготовление смесителей, сопряженных со щелевыми антеннами.

2.2. Изготовление смесителей, сопряженных со спиральными антеннами и их согласование с входным излучением.

2.3. Установка для измерения полосы ПЧ смесителей, сопряженных со щелевыми антеннами.

2.4. Методика измерения шумовой температуры смесителей, сопряженных со спиральными антеннами, в диапазоне частот 0.551.2 ТГц.

Глава III. ЧАСТОТНЫЕ И ШУМОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СМЕСИТЕЛЕЙ МИКРОННЫХ РАЗМЕРОВ.

3.1 .Измерение полосы преобразования смесителей, сопряженных со щелевыми антеннами.

3.2. Оценка полных потерь преобразования и измерение шумовой температуры смесителей, сопряженных со щелевыми антеннами.

3.3. Шумовая температура и полные потери преобразования смесителей, сопряженных со спиральными антеннами.

3.4. Разделение полных потерь преобразования смесителя на составляющие.

3.5. Поглощение излучения частотой 620 ГГц и 1 ТГц смесителями из пленок NbN разных толщин. Оптимальная поглощенная мощность гетеродина.

3.6. Выводы.

Глава IV. ХАРАКТЕРИСТИКИ СМЕСИТЕЛЕЙ СУБМИКРОННЫХ РАЗМЕРОВ.

4.1. Оценка оптимальной поглощенной мощности гетеродина.

4.2. Оценка вклада эффекта прямого детектирования при измерениях шумовой температуры смесителя.

4.3. Частотные и шумовые характеристики смесителей на подложках из MgO.

4.4. Выводы.

Основным источником информации о Вселенной является электромагнитное излучение, посылаемое ее объектами. Визуальные наблюдения небесных светил учеными-астрономами лежали в основе оптической астрономии. Большой прогресс в развитии технических средств оптической астрономии был связан с изобретением телескопа (начало XVII века) и применением фотографических методов (конец прошлого века), но несмотря на это, все измерения продолжали проводиться лишь в оптической области спектра, шириной около одной октавы.

С начала 30-х годов нашего века, астрономические наблюдения стали проводиться и в радиодиапазоне, положив начало новой науке-радиоастрономии. Первоначальное разделение астрономии на оптическую и радиоастрономию было вызвано тем, что участки электромагнитного спектра, изучаемые этими разделами, астрономии совпадают с двумя главными полосами (окнами) прозрачности земной атмосферы. Оптическое окно занимает участок от 0.4 до 0.8 мкм (1 октава). Радиодиапазон охватывает окно в 10 октав и простирается от 0.01 до 10 м. По мере своего развития, радиоастрономия начинала осваивать спектральную область, лежащую между двумя основными окнами прозрачности. Это коротковолновая часть миллиметрового (ММ) диапазона и весь субмиллиметровый (СММ) диапазон. Так как электромагнитное излучение этого диапазона хорошо поглощается земной атмосферой, то радиоастрономия предъявляет очень жесткие требования к чувствительности приемников излучения, работающих в этом диапазоне.

В последние несколько лет резко возрос интерес к проблемам физики рождения звезд и планетных систем. Рождение звезды происходит в результате гравитационного коллапса в межзвездных пылевых туманностях. Основная часть тепла после такого коллапса в виде излучения субмиллиметрового диапазона, вызванного молекулярными переходами, рассеивается в космическом пространстве. Регистрируя это излучение с помощью приемников миллиметрового и субмиллиметрового диапазона, можно получить информацию о состоянии, плотности и температуре этих туманностей, необходимую для дальнейшего изучения звезд и планетных формирований.

Создание чувствительных широкополосных приемных устройств в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах волн в последнее десятилетие стало особенно актуальным не только в связи с практическими задачами радиоастрономии, но также в связи с исследованиями атмосферы и созданием космической связи [1].

Большая часть молекулярных соединений, входящих в состав атмосферы (СЮ, 03, ОН и Н20) имеют спектральные линии в субмиллиметровой области спектра. В миллиметровой спектроскопии были проведены первые глобальные исследования соединения окиси хлора, предположительно разрушающего озоновый слой. По детальному изучению формы спектральной линии была получена информация о плотности, давлении и температуре молекул в слое. Развитие молекулярной спектроскопии потребовало создания чувствительных приемников излучения в этом диапазоне.

В соседнем сантиметровом диапазоне спектра рекордными характеристиками обладают приемники прямого усиления на транзисторах и сквидах. В СММ диапазоне волн первенство по чувствительности удерживают супергетеродинные приемники излучения. На протяжении развития радиоастрономии для таких приемников применялись четыре типа смесителей: диод с барьером Шоттки (ДБШ), смеситель на эффекте Джозефсона, туннельный переход свехпроводник-изолятор-сверхпроводник (СИС) и полупроводниковый фотоприемник п

1п8Ь. На данный момент в радиоастрономии применяются лишь ДБШ и СИС смесители, причем приоритет отдается квантовым СИС смесителям [2-13], так как они сочетают высокую чувствительность с широкой полосой промежуточных частот, требуют малую мощность гетеродина, однако их шумовая температура испытывает значительный рост, когда частота излучения сравнивается или превышает величину энергетической щели сверхпроводящего материала СИС смесителя. Смесителям на эффекте Джозефсона присущи те же недостатки, что и СИС смесителям, к тому же большая величина токового шума этих смесителей делает их непригодными для радиоастрономических наблюдений в короткой части субмиллиметрового диапазона волн.

Для смесителей с барьером Шоттки требуется большая величина оптимальной мощности гетеродина [14-19], и их шумовая температура резко возрастает в терагерцовом диапазоне, к тому же Шоттки смесители в несколько раз уступают по чувствительности квантовым СИС-смесителям на частотах меньших величины энергетической щели СИС-смесителей.

Полупроводниковые п-1п8Ь смесители [20-21] обладают низкой шумовой температурой, но область их применения резко ограничивается узкой полосой промежуточных частот (106 Гц). Кроме того, спектральная чувствительность 1п8Ь п-типа резко падает в коротковолновой части субмиллиметрового диапазона.

Из краткого анализа смесителей следует, что их параметры в терагерцовом диапазоне далеки от требуемых современными задачами радиоастрономии, следовательно эта проблема делает актуальным поиск альтернативных механизмов смешения частоты и представляет несомненный интерес. В такой ситуации весьма привлекательным является смеситель на эффекте разогрева электронов в резистивном состоянии сверхпроводников [22-24], так как он не имеет частотных ограничений по механизму смешения [34, 35] и не содержит реактивной компоненты. Таким образом, актуальность настоящей работы заключается в исследовании чувствительных широкополосных приемников излучения с малой оптимальной мощностью гетеродина терагерцового диапазона.

Эффект электронного разогрева реализуется в тонких сверхпроводящих неупорядоченных пленках с малой длиной свободного пробега электронов /. В таких пленках преобладает электрон-электронный механизм релаксации энергии над электрон-фононным. Это приводит к фермизации функции распределения электронов [25-28], то есть электронной и фононной подсистемам сверхпроводящей пленки можно приписать значение температуры.

Если на такую пленку падает электромагнитное излучение, то его энергия перераспределяется посредством электрон-электронного взаимодействия по электронной подсистеме, вызывая повышение ее температуры. Энергия от "разогретых" электронов благодаря электрон-фононному взаимодействию переходит к фононам, причем неравновесные фононы, не нагревая фононной подсистемы, будут выходить из пленки в подложку. Описанный канал охлаждения электронной подсистемы называется фононным.

Для чистых пленок можно реализовать диффузионный канал охлаждения электронов [29]. В этом случае длина чувствительного элемента смесителя Ь должна быть меньше или равна длине диффузии. Такое уменьшение длины смесителя позволит "разогретым" электронам уходить в контактные площадки из нормального металла, служащие термостатом.

Смеситель на эффекте электронного разогрева осуществляет нелинейное инерционное преобразование частоты [30-34]. Высокая чувствительность такого смесителя обусловлена большой температурной крутизной сверхпроводящего перехода. Скорость остывания электронной подсистемы будет задавать ширину полосы преобразования.

При фононном канале охлаждения ширина полосы смесителя определяется следующими параметрами: отношением фононной и электронной теплоемкостей, временем электрон-фононного взаимодействи, зависящим от материала сверхпроводника, и его критической температуры и временем выхода неравновесных фононов в подложку, определяемым толщиной пленки и коэффициентом акустического согласования пленки с подложкой.

Ширина полосы преобразования смесителя с диффузионным механизмом энергетической релаксации определяется временем остывания электронной подсистемы, которое обратно пропорционально квадрату длины смесительного элемента.

Отклик на падающее электромагнитное излучение является неселективным [34-35], то есть смесители на электронном разогреве не имеют ограничений по спектральному интервалу. Более того, на частотах терагерцового диапазона импеданс смесителя является частотно независимым и чисто активным, что облегчает задачу согласования смесителя с различными типами квазиоптических антенн.

Эффективность преобразования не зависит от объема смесительного элемента. Его вариация приводит лишь к изменению требуемой оптимальной мощности гетеродина и джоулевой мощности тока смещения. Таким образом, изменяя его размеры в плане, можно изготовить смеситель с заданной оптимальной мощностью гетеродина. Заметим, что это возможно лишь для смесителей с фононным каналом охлаждения, поскольку длина смесителя с диффузионным каналом охлаждения задает ширину полосы промежуточных частот.

В работах [22-24] было предложено использовать пленки №> и М^Ы для создания супергетеродинных приемников. Расчет теоретического предела двухполосной шумовой температуры для МзИ смесителя показал, что он не должен превышать 100 К без учета квантовых флуктуаций [36].

На момент начала работы была измерена шумовая температура лишь для волноводной версии электронно-разогревного смесителя толщиной 5 нм на кварцевой подложке [37]. Она составила 1000 К на частоте гетеродина 100 ГГц. В этой же работе были измерены полные потери преобразования, которые составили около 10 дБ и произведено разделение этих потерь на составляющие. Ширина полосы преобразования для такого смесителя равнялась 1 ГГц при рабочей температуре 4.2 К.

В настоящей работе были получены первые результаты шумовой температуры для квазиоптических смесителей с полосой преобразования 800 МГц, согласованных со щелевыми антеннами. Дальнейшее усовершенствование квазиоптических смесителей шло по нескольким направлениям: уменьшение шумовой температуры (оптимизация согласования чувствительного элемента смесителя с антенной и трактом ПЧ), расширение входной полосы частот (применение частотно-независимых антенн), увеличение ширины полосы преобразования смесителей (изготовление ультратонких пленок толщиной 2.5-3 нм на подложках из различных материалов) и понижение требуемой оптимальной мощности гетеродина (создание смесителей субмикронных размеров).

Применение электронной литографии позволило создать смесители субмикронных размеров, шумовая температура которых была в несколько раз ниже смесителей микронных размеров [40]. В рамках этой же работы проводилось измерение шумовой температуры в полосе 0.5-1.1 ТГц при оптимальной поглощенной мощности смесителя меньше 100 нВт, но систематических измерений шумовой температуры и оптимальной мощности гетеродина для смесителей субмикронных размеров не проводилось.

Целью настоящей диссертационной работы является исследование квазиоптического электронно-разогревного смесителя субмиллиметрового диапазона волн из тонких и ультратонких сверхпроводящих пленок №>Ы, который наряду с высокой чувствительностью имел бы широкую полосу промежуточных частот и обладал малой мощностью гетеродина.

Предметом работы является:

• Разработка конструкции квазиоптического разогревного смесителя субмиллиметрового диапазона волн из пленки №>М.

• Исследование возможности уменьшения величины оптимальной мощности гетеродина для смесителя на горячих электронах с фононным каналом охлаждения.

• Исследование путей расширения полосы преобразования электронно-разогревных смесителей с фононным каналом охлаждения.

Объектом исследования являлись квазиоптические смесители, изготовленные из пленок NbN толщиной 15-2.5 нм, напыленные на подложки из высокорезистивного кремния, арсенида галлия и оксида магния, сопряженные со щелевыми и спиральными антеннами.

Измерение временных характеристик отклика проводилось по смесительной методике, использующей излучение двух ЛОВ на частотах 300 и 650 ГГц, для пленок М^ толщиной 15-5 нм на подложках из кремния и М^О. Исследование шумовых характеристик квазиоптических смесителей проводилось в диапазоне частот 0.6-1.1 ТГц.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• Разработаны и созданы квазиоптические смесители на эффекте электронного разогрева с фононным каналом охлаждения из сверхпроводящих пленок ММ толщиной 15-6 нм, сопряженные со щелевыми антеннами.

• Реализованы разогревные смесители на основе ультратонких сверхпроводящих пленок №>К толщиной 3-2.5 нм микронных и субмикронных размеров, сопряженные со спиральными антеннами и получены их шумовые характеристики.

• Предложен и осуществлен метод разделения полных потерь преобразования на составляющие для квазиоптического смесителя.

• Для обоснования достоверности результатов измерения шумовой температуры смесителей субмикронных размеров произведено измерение вклада эффекта прямого детектирования в диапазоне частот 0.6-1.1 ТГц.

• Впервые реализован квазиоптический смеситель из сверхпроводящей пленки №>Ы толщиной 5 нм, имеющий рекордную ширину полосы преобразования и шумовую температуру на частоте 2.5 ТГц.

В результате получены следующие положения, которые выносятся на защиту:

• Исследованы частотные характеристики ЫЬЫ разогревного квазиоптического смесителя толщиной 6 нм, сопряженного со щелевой антенной, имеющего полосу преобразования 800 МГц.

• Из анализа полученных результатов для шумовой температуры смесителей с различными приемными антеннами обоснован выбор спиральной антенны в качестве приемной для квазиоптических разогревных МЬИ смесителей.

• Исследованы квазиоптические смесители на кремниевой подложке из ультратонкой пленки ЫЬЫ толщиной 3.5 нм микронных и субмикронных размеров, сопряженные со спиральными антеннами. Смеситель микронных размеров имел шумовую температуру 1600 К на частоте 620 ГГц с оптимальной мощностью гетеродина 4 мкВт. Оптимальная мощность гетеродина для смесителя субмикронных размеров не превышала 100 нВт, а его шумовая температура имела следующие значения: 500 К в диапазоне 620-650 ГГц, 980 К на частоте 900 ГГц и 1700 К на частоте 1.08 ТГц.

• Полные потери преобразования на частоте 620 ГГц составляли 13 и 9.5 дБ для смесителей микронных и субмикронных размеров соответственно.

• Исследованы характеристики малошумящих квазиоптических электронно-разогревных NbN смесителей субмикронных размеров толщиной 5 нм на MgO подложке с максимальной шириной полосы преобразования 3.7 ГГц и лучшими результатами шумовой температуры 480 и 1400 К на частотах 0.65 и 2.5 ТГц соответственно.

Практическая значимость работы состоит в исследовании механизма смешения на эффекте электронного разогрева с фононным каналом охлаждения в тонких пленках NbN и применение этого механизма для создания практических смесителей терагерцового диапазона частот.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка публикаций автора и литературы. Объем работы составляет 130 страниц, включая 24 рисунка и 6 таблиц. Библиография включает 115 наименований.

4.4. Выводы.

Полученные в данной главе результаты можно обобщить следующим образом.

1. Исследован смеситель на эффекте разогрева электронов в ультратонких сверхпроводящих пленках NbN толщиной 3 нм на кремниевых подложках с оптимальной поглощенной мощностью гетеродина менее 100 нВт. Для исследованного смесителя получены следующие значения шумовой температуры: 500 К в диапазоне частот 620-650 ГГц, 980 на 900 ГГц и 1700 на частоте 1.08 ТГц.

2. Полные потери преобразования для исследуемого смесителя на частоте 650 ГГц составили 9.5 дБ из которых внутренние потерями достигали 4 дБ.

3. Оценен вклад эффекта прямого детектирования в измерение шумовой температуры.

4. Исследовалась зависимость шумовой температуры смесителя от напряжения смещения и падающей мощности гетеродина.

5. Исследованы характеристики малошумящих квазиоптических электронно-разогревных NbN смесителей субмикронных размеров толщиной 5 нм на MgO подложках с максимальной шириной полосы преобразования 3.7 ГГц на частоте 650 ГГц и лучшими результатами шумовой температуры 480 и 1400 К на частотах 0.65 и 2.5 ТГц, соответственно.

Заключение.

В заключении сформулируем основные результаты диссертационной работы:

• Измерена ширина полосы преобразования на частоте 300 ГГц для смесителей из пленок ЫЬЫ толщиной 15 и 6 нм на кремниевых подложках при температурах 4.5 и 8 К, сопряженных со щелевыми антеннами. Смеситель, из пленки толщиной 6 нм, обладал максимальной шириной полосы ПЧ достигавшей 800 МГц.

• Исследован квазиоптический смеситель из ультратонкой пленки ТЧЬЫ толщиной 3 нм, сопряженный со спиральной антенной, имеющий шумовую температуру 1500 и 9000 К на частотах гетеродина 620 ГГц и 1 ТГц, соответственно, и оптимальной мощностью гетеродина «4 мкВт.

• Для исследованного смесителя полные потери преобразования на частоте 620 ГГц равнялись 13 дБ, из которых 8 дБ составляли потери внутри смесителя.

• Изучены характеристики смесителя субмикронных размеров на эффекте разогрева электронов в ультратонкой пленке ЫЬИ на кремниевой подложке в диапазоне частот 0.6-1.1 ТГц с оптимальной поглощенной мощностью гетеродина не превышающей 100 нВт. Для этого смесителя были получены следующие значения шумовой температуры: 500 К в диапазоне 620-650 ГГц, 980 К на частоте 900 ГГц и 1700 К на частоте 1.08 ТГц, а также исследована зависимость шумовой температуры от напряжения смещения и уровня мощности гетеродина

• На частоте 620 ГГц для смесителя субмикронных размеров полные потери преобразования составили 9.5 дБ. Разделение этих потерь на составляющие показало, что потери внутри смесителя достигают 4 дБ.

113

• Впервые исследованы электронно-разогревные смесители субмикронных размеров толщиной пленки 5 нм на подложках с шириной полосы преобразования 3.7 ГГц с шумовой температурой 480 и 1400 К на частотах 650 ГГц и 2.5 ТГц соответственно при 4.5 К. В завершение работы автор хотел бы выразить признательность своему научному руководителю профессору Гольцману Г. Н. за предложенную тему, внимательное руководство, ценные советы и замечания на протяжении всей работы, профессору Гершензону Е. М. за постоянную поддержку, кандидату физико-математических наук Карасику Б.С. за оказанную помощь на начальном этапе работы, а также кандидатам физико-математических наук Ягубову П.А. и Чередниченко С.И. за плодотворное общение, помощь в постановке и проведении эксперимента. Автор благодарен всему коллективу сотрудников и аспирантов Проблемной Радиофизической лаборатории и кафедры общей и экспериментальной физики МПГУ.

Список публикаций автора

Г B.S.Karasik, G.N.Gol'tsman, B.M.Voronov, S.I.Svechnikov, E.M.Gershenzon, H.Ekstrom, S.Jacobsson, E.Kollberg, K.S.Yngvesson. "Hot Electron Quasi-optical NbN Superconducting Mixer." IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol.5, No.2, pp.2232-2235, 1995.

2* G.N.Gol'tsman, B.S.Karasik, S.I.Svechnikov, E.M.Gershenzon, H.Ekstrom, E.Kollberg. "Noise Temperature of NbN Hot-electron Quasioptical Superconducting Mixer in 200-700 GHz Range." Proc. of the 6th Int. Symp. on Space Terahertz Tech., p.268, Caltech, Pasadena, March 1995.

3*P.Yagoubov, G.Gol'tsman, B.Voronov, S.Svechnikov, S.Cherednichenko, E.Gershenzon, V.Belitsky, H.Ekstrom, E.Kollberg, A.D.Semenov, Yu.P.Gousev, and K.F.Renk. "Quasioptical Phonon-Cooled NbN Hot-Electron Bolometer Mixer at THz Frequencies." Proc. of Seventh International Symposium on Space Terahertz Technology, p.307-317, 1996.

4* E.Gerecht, C.F.Musante, Z.Wang, K.S.Yngvesson, E.R.Mueller, J.Waldman, G.N.Gol'tsman, B.M.Voronov, S.I.Svechnikov, S.I.Cherednichenko, P.A.Yagoubov, and E.M.Gershenzon. "Optimization of Hot Electron Bolometer Mixing Efficiency in NbN at 119 Micrometer Wavelength." Proc. of Seventh International Symposium on Space Terahertz Technology, pp.584-600, 1996.

5* S.Svechnikov, G.Gol'tsman, B.Voronov, P.Yagoubov, S.Cherednichenko, E.Gershenzon, V.Belitsky, H.Ekstrom, E.Kollberg, A.Semenov, Yu.Gousev, and K.Renk. "Spiral Antenna NbN Hot-Electron Bolometer Mixer at SubMM Frequencies." IEEE Transaction on Applied Superconductivity, vol.7, No.2, pp.3395-3398, 1997.

6* S.Svechnikov E.Gerecht, C.Musante, Z.Wang, K.Yngvesson, E.Mueller, J.Waldman, G.Gol'tsman, B.Voronov, S.Cherednichenko, P.Yagoubov, E.Gershenzon. "2.5 THz NbN Electron Mixer with Integrated Tapered Slot Antenna". IEEE Transaction on Applied Superconductivity, vol.7, No.2, pp.3548-3551, 1997

7* E.Gerecht, C.Musante, Z.Wang, K.Yngvesson, G.Gol'tsman, P.Yagoubov, S.Svechnikov, B.Voronov, S.Cherednichenko, and E.Gershenzon. "NbN Hot Electron Bolometric Mixer for 2.5 THz the Phonon Cooled Version." Proc. of Eighth International Symposium on Space Terahertz Technology, pp.258-271, 1997.

8* S.Svechnikov, A.Verevkin, B.Voronov, E.Menschikov, E.Gershenzon, G.Gol'tsman. "Quasioptical Phonon-Cooled NbN Hot-Electron Bolometer Mixer at 0.5-1.1 THz." Proc. of Ninth International Symposium on Space Terahertz Technology, pp.45-51, 1998.

9* P.Yagoubov, M.Kroug, H.Merkel, E.Kollberg, G.Gol'tsman, A.Lipatov, S.Svechnikov, E.Gershenzon. "Quasioptical NbN Phonon-Cooled Hot Electron Bolometric Mixers with Low Optimal Local Oscillator Power." Proc. of Ninth International Symposium on Space Terahertz Technology, pp. 131-140, 1998.

10* P.Yagoubov, M.Kroug, H.Merkel, E.Kollberg, G.Gol'tsman, S.Svechnikov, E.Gershenzon. "Quasioptical NbN Phonon-Cooled Hot Electron Bolometric Mixers for Terahertz Frequency Operation." Proc. of 2nd ESA Workshop on Millimetre Wave Technology and Applications: Antennas, . Circuits and Systems,pp.499-503, 1998.

11* G.Gol'tsman, S.Svechnikov, A.Verevkin, S.Cherednichenko, B.Voronov, and E.Gershenzon. "Quasioptical NbN Phonon-Cooled Hot Electron Bolometric

1. G.Manney, L.Floidevaus, J.Waters, M.Santee, W.Read, D.Flower, R.Jarnot, and R.Zurek, "Artie ozone depletionobserved by UARS MLS during the 199495 winter," Geographycal Research Letters 2(1), pp.85-88, 1996.

2. M.Bin, M.Gaidis, J.Zmuidzinas, T.G.Phillips and H.G.LeDuc, "Low noise 1 THz Niobium Superconducting Tunnel Junction Mixer with a Normal Metal Tuning Curcuit," Appl. Phys. Lett., vol. 68, pp. 1714-1716, 1996.

3. A.Karpov, J.Blondel, M.Voss, and K.Gundlach, " Four Photons Sensitivity Heterodyne Detection of Submillimeter Radiation with Superconducting Tunnel Junctions," IEEE Trans, on Appl. Supercond., AS-5, pp. 3304-3307, 1995.

4. M.C.Gaidis, M.Bin, D.Miller, J.Zmuidzinas, H.G.LeDuc, and J.A.Stern, "Characterization of Submillimeter Quasi-Optical Double-Junction SIS Mixers," Supercond. Science and Tech., 9, pp. A133-A135, 1996.

5. R.Blundell, C.-Y.E.Tong, D.C.Papa, R.L.Leombruno, X.L.Zhang, S.Paine, J.A.Stern, H.G.LeDuc, and B.Bumble, "A Wide-Band Fixed-Tuned SIS Receiver for 200-GHz Operation," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., MTT-43, pp. 933-937, 1995.

6. В.Ю.Белицкий, С.В.Якобссон, Л.В.Филиппенко, В.П.Кошелец, А.Б.Ермаков, К.Л.Коллберг, А.Н.Выставкин, "Широкополосный лабораторный приемник на 500 ГГц на основе квазиоптического СИС смесителя," РиЭ, том 41, No.l, стр. 123-128, 1996.

7. J.Zmuidzinas and H.G.LeDuc, "Quasi-optical slot antenna SIS receivers," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 40, pp. 1797-1804, 1992.

8. H.van de Stadt, A.Baryshev, P.Dieleman, Th. de Graauw, T.M.Klapwijk, S.Kovtonyuk, G.de Lange, I.Lapitslcaya, J.Mees, R.Panhuyzen, G.Pokopenko, and H.Schaeffer, "A 1 THz Nb SIS Heterodyne Mixer With Normal Metal

9. Tuning Structures," Proceedings of the 6th Int. Symp. on Space Terahertz Technology, California Institute of Technology, Pasadena, pp. 66-77, 1995.

10. A.Skalare, H. van de Stadt, T. de Grau, R.A.Panhuyzen, and M.M.T.M.Dierich, "Double dipole antenna SIS receivers at 100 and 400 GHz," presented at 3rd Int. Symp. on Space THz Technology, 1992.

11. J.W.Kooi, M.Chan, B.Bumble, H.G.LeDuc, P.L.Schaffer, and T.G.Philips, "180-425 GHz Low Noise SIS Waveguide Receivers Employing Tuned Nb/AlOx/Nb Tunnel Junctions," Int. J. Infrared Millimeter Waves, vol. 15, pp. 783-805, 1994.

12. J.W.Kooi, C.K.Walker, H.G.LeDuc, P.L.Schaffer, T.R.Hunter, D.J.Benford, and T.G.Phillips, "A Low Noise 665 GHz SIS Quasi-Particle Waveguide Receiver," Int. J. Infrared Millimeter Waves, vol. 15, pp. 477-492, 1994.

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

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

15. S.S.Gearhart and G.M.Rebeiz, "A Monolithic 250 GHz Schottky-Diode Receiver," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., 42, pp. 2504-2511, 1994.

16. J.L.Hesler, T.W.Crowe, R.M.Weikle, R.F.Bradley, S.-K.Pan, and G.Chattopadhyay, "The Design, Construction, and Evaluation of a 585 GHz

17. Planar Schottky Mixer," Proceedings of the 6th Int. Symp. on Space Terahertz Technology, California Institute of Technology, Pasadena, pp. 34-44, 1995.

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

19. H.P.Roser, H.W.Hubers, T.W.Crowe, and W.C.B.Peatman, " Nanostructure GaAs Schottky Diodes for Far-Infrared Heterodyne Receivers," Infrared Physics and Technology, 35, pp. 451-462, 1994.

20. F.Arams, C.Allen, B.Peyton, and E.Sard, "Millimeter Mixing and Detection in Bulk InSb," Proc. IEEE, vol. 54, pp. 308-318, 1966.

21. E.R.Broun, J.Keen, and T.G.Phillips, "A heterodyne receiver for submillimeter wavelength region based on cyclotron resonance in InSb at low temperature," Int. J. Infrared and Millimeter Waves, vol. 6, pp. 1121-1138, 1985.

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

23. B.L.Altshuler, A.G.Aronov, "Electron-electron interaction in disordered conductors," Modern problems in condensed matter science, Ed. A.L.Efros, M.Pollas, North-Holland Co., Amsterdam, pp. 1-153, 1985.

24. Ю.М.Рейзер, А.В.Сергеев, "Электрон-фононное взаимодействие в примесных металлах и сверхпроводниках," ЖЭТФ, Т.90, No.3, стр. 10561090, 1986.

25. Е.М.Гершензон, М.Е.Гершензон, Г.Н.Гольцман, А.М.Люлькин, А.Д.Семенов, А.В.Сергеев, "Электрон-фононное взаимодействие в ультратонких пленках Nb," ЖЭТФ, 96, вып.З, стр. 901-911, 1990.

26. E.M.Gershenzon, G.N.Gol'tsman, V.D.Potapov, and A.V.Sergeev, "Restriction of Microwave Enhancement of Superconductivity in Impure Superconductors due to Electron- Electron Interaction," Solid State Communications, vol.75, №8, pp. 639-641, 1990.

27. D.E.Prober, "Superconducting terahertz mixer using a transition-edge microbolometer," Appl. Phys. Lett., vol. 62, pp. 2119-2121, 1993.

28. Е.М.Гершензон, М.Е.Гершензон, Г.Н.Гольцман, А.Д.Семенов, А.В.Сергеев, "Разогрев квазичастиц в сверхпроводящей пленке находящейся в резистивном состоянии," Письма в ЖЭТФ, 34, 5, стр. 281285, 1981.

29. ЗГЕ.М.Гершензон, М.Е.Гершензон, Г.Н.Гольцман, А.Д.Семенов, А.В.Сергеев, "Неселективное воздействие электромагнитного излучения на сверхпроводящую пленку в резистивном состоянии," Письма в ЖЭТФ, 36, 7, стр. 241-244, 1982.

30. Е.М.Гершензон, М.Е.Гершензон, Г.Н.Гольцман, А.Д.Семенов, А.В.Сергеев, "Разогрев электронов в резистивном состоянии сверхпроводника под воздействием электромагнитного излучения," ЖЭТФ, 86, 2, стр. 758-773, 1984.

31. E.M.Gershenzon, M.E.Gershenzon, G.N.Gol'tsman, A.D.Semenov, A.V.Sergeev, "Heating of Electrons in Superconductor in the Resistive Statedue to Electromagnetic radiation," Solid State Commun., vol. 50, №3, 207212, 1984.

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

33. M. Kroug, P. Yagoubov, G. Gol'tsman and E. Kollberg, "NbN Quasioptical Phonon Cooled Hot Electron Bolometric Mixers at THz Frequencies," presented at the 3rd. European Conference on Applied Superconductivity, Veldhoven, Netherlands, 1997.

34. Karpov and et, "Four Photons Sensitivity Heterodyne Detection of Submillimeter with Superconducting Tunnel Junctions," IEEE Transaction on Applied Superconductivity, vol.5, p3304, 1995.

35. Б.А.Розанов, С.Б.Розанов "Приемники миллиметровых волн" M. Радио и связь 1989.

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

37. R.Blundel and C.E.Tong, "Submillimeter Receivers for Radio Astronomy," Proc. IEEE, vol. 80, pp. 1702-1720, 1992.

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

39. A.Karpov, J.Blondel, P.Dmitriev, V.Koshelets, "A Broad Band Low Noise SIS Radiometer." IEEE Transaction on Applied Superconductivity, vol.9, No2, pp.4225-4228, 1999.

40. S.Marazita, K.Hui, J.Hesler, W.Bishop, T.Crowe, "Progress in Submillimeterth •

41. Wavelength Intergrated Mixer Technology." Proc. 10 Symposium on Space Terahertz Technology, pp.74-85, Charlottesville, Virginia, USA, March 1999.

42. H.G.LeDuc, A.Judas, S.R.Cypher, B.Bumble, B.D.Hunt, and J.A.Stern, "Submicron-Area NbN/MgO/NbN Tunnel Junctions for SIS Mixer Application," IEEE Trans. Magn., MAG-27, pp. 3192-3195, 1991.

43. S.Kohjiro, S.Kiryu, and A.Shoji, "Surface Resistance of Epitaxial and Polycrystalline NbCN Films in the Submillimeter Wave Region," IEEE Trans. Appl. Supercond., 3, pp. 1765-1767, 1993.

44. Y.Uzawa, Z.Wang, A.Kawakami, "Terahertz NbN/AlN/NbN Mixers withth • • Al/SiO/NbN Microstrip Circuits." Proc. of 9 international Symposium on

45. Space Terahertz Technology, pp. 273-282, 1998.

46. Y.Uzawa, Z.Wang, and A.Kawakami, "Ouasi-Optical NbN/AlN/NbN Mixers in Submillimeter Wave Band." IEEE Transaction on Applied Superconductivity, vol. 7, No 2, pp. 2574-2578, 1997.

47. W.R.McGrath, J.A.Stern, H.H.S.Javadi, S.R.Cypher, B.D.Hunt, and H.G.LeDuc, "Performance of NbN Superconductive Tunnel Junctions as SIS Mixers at 205 GHz," IEEE Trans. Magn., MAG-27, pp. 2650-2653, 1991.

48. H.van de Stadt et al., "Nb and NbN SIS Junctions in Mixers up to 1.06 THz," presented at the 3rd Intern. Workshop on Terahertz Electronics, Zermatt, Switzerland, 1995.

49. J. Kooi, J. Kawamura, J. Chen, J. Zmuidzinas, "A Low-noise NbTiN-based

50. GHz SIS Receiver for the Caltech Submillimeter Observatory." Proc.of th11 of Space Terahertz Technology, 2000.

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

52. J.W. Waters, "Submillimeter-Wavelength Heterodyne Spectroscopy and Remote Sensing of the Upper Atmosphere," Proc. IEEE, vol. 80, pp. 16791701, 1992.

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

54. J.Hesler, K.Hui, S.He, T.Crowe, "A Fixed-Tuned 400 GHz Subharmonic Mixer Using Planar Shottki Diodes.".

55. T.Suzuki, C.Mann, H.Fujishima, and K.Mizuno, "Quasi-Integrated Planar Schottky Barrier Diodes for 2.5 THz/" Proc. 9th International Symposium on Space Terahertz Technology, pp. 187-194, 1998.iL

56. A.Betz and R.Borejko, "A practical Schottky for 5 THz." Proc. 7 Symposium oh Space Terahertz Technology, pp.503-510, Charlottesville, Virginia, USA, March 1996.

57. B.Ellison, B.Maddison, C.Mann, D.Matheson, D.Oldfield, S.Marazita,

58. T.Crowe, P.Maaskant, W.Kelly, "First Results for a 2.5 THz Schottky Diode• th • Waveguide Mixer." Proc. 7 Symposium oh Space Terahertz Technology,pp.494-502, Charlottesville, Virginia, USA, March 1996.

59. J.Hesler, W.Hall, T.Crowe, R.Weikle, B.Deaver, R.Bradley, S.Pan,

60. Submillimeter Wavelength Waveguide Mixers Using Planar Schottky Barrier th •

61. Diodes." Proc. 7 Symposium oh Space Terahertz Technology, pp.462-473, Charlottesville, Virginia, USA, March 1996.

62. Yu.Gousev, G.N.Gol'tsman, A.D.Semenov, E.M.Gershenzon, R.S.Nebosis, M.A.Heusinger, and K.F.Renk, "Broadband Ultrafast Superconducting NbN Detector for Electromagnetic Radiation," J.Appl.Phys. 75(7), pp. 3695-3697, 1994.

63. N. Perrin and C. Vanneste, "Response of superconducting films to a periodic optical irradiation," Phys. Rev. B, vol. 28, pp. 5150-5159, 1983.

64. A.D.Semenov, R.S.Nebosis, Yu.Gousev, M.A.Heusinger,. and K.F.Renk, "Analysis of Nonequilibrium Photoresponse of Superconducting Films to Pulsed Radiation by Use a Two-Temperature Model," Phys. Rev., 52(1), pp. 581-590, 1995.

65. A.I.Elant'ev and B.S.Karasik, "Effect of high frequency current on Nb superconducting film in the resistive state," Sov. J. Low Temp. Phys., 15(7), July 1989.

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

67. J.C.Mather, "Bolometer noise: nonequilibrium theory," Appl. Optics, vol. 21, pp. 1125-1129, 1982.

68. A.Skalare, W.R.McGrath, B.Bumble, H.G.LeDuc, P.J.Burke, A.A.Verheijen, R.J.Schoelkopf, and D.E.Prober, "Large bandwidth and low noise in a diffusion-cooled hot-electron bolometer mixer," Appl. Phys. Lett., vol. 68, pp. 1558-1560, 1996.

69. K.Fiegle, D.Diehl and K.Jacobs, "Diffusion-cooled superconducting hot electron bolometer heterodyne mixer between 630 and 820 GHz," IEEE Transactions on Applied Superconductivity Conference, v.7, No.2, p.3552, June 1997.

70. A.Skalare, W.R.McGrath, B.Bumble, and H.G.LeDuc, "Receiver Measurements at 1267 GHz Using a Diffusion-cooled Superconducting Transition-Edge Bolometer." IEEE Transactions on Applied Superconductivity Conference, vol.7, 3568-3571, 1997.

71. B.S.Karasik Appl.Phys.Lett.71, pp.1567, 1997

72. B.Karasik, W.McGrath, and R.Wyss, "Optimal Choice of Material for HEB Superconducting Mixers." Appl. Superconducting Conference, 13-18 September, Palm Desert, CA, USA, 1998.

73. B.S.Karasik and K.S.H'in, Pechen,and krasnoslobodcev"Diffusion Cooling Mechanism in a Hot-Electron NbC Microbolometer Mixer," Appl. Phys. Lett., vol. 68, pp. 2285-2287, 1996.

74. G.N. Gol'tsman, A.D. Semenov, "Non-Thermal Response of a Diffusion-Cooled hot-Electron Bolometer," IEEE Transaction on Applied Superconductivity, vol.9, No 2, pp.4491-4494.

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

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

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

78. K.S.Yngvesson, "Endfire tapered slot antennas on dielectric substrates," IEEE Trans. Antennas Propagat, vol. 33, pp. 1392-1400, 1985.

79. Y.S.Kim and K.S.Yngvesson, "Characterisation of tapered slot antenna feeds and feed arrays," IEEE Trans. Antennas Propagat, vol. 38, pp. 1559-1564, 1990.

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

81. Д.М.Сазонов, "Антенны и устройства СВЧ," Москва "Высшая школа",1981.

82. C.A.Balanis, "Antenna Theory: Analysis and Design." New York; Wiley,1982.

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

84. P.L.Richards, "Bolometers for infrared and millimeter waves," J. Appl. Phys., vol. 76, pp. 1-24, 1994.

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

86. T.H.Buttgenbach, "An Improved Solution for Integrated Array Optics in Quasi-Optical mm and Submm Receivers: the Hybrid Antenna," IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 41, pp. 1750-1761, 1993.

87. D.Filipovic, G.Rebeiz, "Double-Slot Antennas on Extended Hemispherical and Elliptical Quartz Dielectric Lenses." International Journal of Infrared and Millimeter Waves, Vol. 14, No. 10, pp.1905-1924, 1993.

88. J.D.Dyson, "The Equiangular Spiral Antenna," IRE Trans. Antennas Propagat., pp. 181-187, April 1959.

89. H.Ekstrom, B.S.Karasik, E.Kollberg, G.N.Gol'tsman, and E.M.Gershenson,

90. GHz NbN hot-electron bolometer mixer in 200-700 GHz range" Proc.ofth

91. Int. Symp. on Space Terahertz Technology, pp.269-283, Pasadena, 1995.

92. Goldsmith "Quasioptical System" IEEE Press Chapman and Hall Publishers series on Microwave Technology and Techniques, 1998/

93. H.Ekstrom, E.Kollberg, P.Yagoubov, G.Gol'tsman, E.Gershenzon, and S.Yngvesson, "Gain and Noise Bandwidth of NbN Hot Electron Bolometric Mixers," Appl. Phys. Lett., 70(24), 16 June 1997.

94. C.Kittel and H.Kroemer, Thermal Physics, 2 ed: W.H.Freeman and Co., 1980.

95. G.N.Gol'tsman, B.S.Karasik, O.V.Okunev, A.L.Dzardanov, E.M.Gershenzon, H.Ekstrom, S.Jacobsson, and E.Kollberg, "NbN Hot Electron Superconducting Mixer for 100 GHz Operation," IEEE Trans. Appl. Supercond.,vol.5, No.2, pp.3065-3068, 1995.

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

97. M.Kroug, P.Yagoubov and E.Kollberg, "NbN Quasioptical Phonon Cooled Hot Electron Bolometric Mixers at THz Frequencies." Presented at the 3rd European Conference on Applied Superconductivity, Veldhoven, Netherlands, 1997.

98. W.McGrath, P.Richards, A.Smith, H.van Kempen, R.Batcherol, D. Prober and P.Santhaman, "Large gain, negative resistance, and oscillationsin superconducting quasiparticle heterodyne mixers." Appl. Phys. Lett. 39(8), pp.655-658, 1981.

99. D.Face, D.Prober, W.McGrath, and P.Richards "High quality tantanum surerconducting tunnel junction for microwave mixing in the quantum limit." Appl. Phys. Lett. 16(21), pp.1098-1100, 1986.

100. C.Mears,Q.Hu, P.Richards, A.Worsham, D. Prober, and A.Raisanen, "Quantum-limited heterodyne detection of millimeter waves using superconductind tantanum tunnel junctions." Appl. Phys. Lett.57(23) pp. 24872489, 1990.

101. H.Ekstrom and B.Karasik, "Electron Temperature Fluctuation Noise in Hot-Electron Superconducting Mixers," Appl. Phys. Lett., vol. 66, pp. 3212-3214, 1995.

102. J.Schubert, A.Semenov, G.Gol'tsman, H.Hubers; G.Schwaad, B.Voronov, E.Gershenzon, "Noise Temperature and Sensitivity of a NbN Hot-Electron

103. Mixer at Frequencies from 0.7 THz to 5.2 THz." Proc. of 10th International Symposium on Space Terahertz Technology, pp. 189-198, 1999.

104. J.Kawamura, C-Y.E.Tong, G.Gol'tsman, E.Gershenzon, B.Voronov, S.Cherednichenko, "Phonon-Cooled NbN HEB Mixers for Submillimeter Wavelength." Proc. of 8lh International Symposium on Space Terahertz Technology, pp.23-28, 1997.

105. E.Tong, J.Kawamura, T.Hunter, D.Papa, R.Blundell, F.Patt, G.Gol'tsman, E.Gershenzon, "Successful Operation of a 1 THz NbN Hot-Electron Bolometer Receiver." Proc.of 11th of Space Terahertz Technology, 2000.

106. A.Skalare, W.McGrath, B.Bumble, H.LeDuc, "Measurements with a Duffusion-Cooled Nb Hot-Electron Bolometer Mixer at 1100 GHz." Proc. of 9th International Symposium on Space Terahertz Technology, pp. 115-120, 1998.

107. A.Skalare, W.R.McGrath, B.Bumble, and H.G.LeDuc, "Receiver Measurements at 1267 GHz Using a Diffusion-cooled Superconducting Transition-Edge Bolometer." IEEE Transactions on Applied Superconductivity Conference, vol.7, 3568-3571, 1997.

108. D.Floet, J.Gao, T.Klapwjik, W.Ganzevles, G.de Lange, P.de Korte, " Receiver Measurements at 700 GHz with a Niobium Diffusion-Cooled Hot-Electron Bolometer Mixer. Proc. of 10th International Symposium on Space Terahertz Technology, pp.228-236, 1999.

109. H.B.S.Karasik and A.I.Elantev, "Analysis of the Noise Performance of a Hot-Electron Superconducting Bolometer Mixer," presented at 6th Symp. on Space