Широкополосные высокостабильные терагерцовые смесители на горячих электронах из тонких сверхпроводящих пленок NbN тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

На правах рукописи

Рябчун Сергей Александрович

Широкополосные высокостабильные терагерцовые смесители на горячих

электронах из тонких сверхпроводящих пленок

Специальность 01.04.03 - радиофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва-2009

003476630

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

технологий

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор,

Гольцман Григорий Наумович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор,

Кошелец Валерий Павлович

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Розанов Сергей Борисович

Ведущая организация: Институт физики микроструктур РАН,

г. Нижний Новгород

Защита состоится '"/2" 2009 г. в заседании

Диссертационноно совета Д 212.154.08 при Московском педагогическом государственном университете по адресу: 119992, г. Москва, ул. Малая Пироговская, д. 29, ауд. 30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МПГУ по адресу: 119992, г. Москва, ул. Малая Пироговская, д. 1

Автореферат разослан " - " ^^^ 2009 года

Ученый секретарь диссертационного совета

Ильин В. А.

Общая характеристика работы

Диссертация посвящена экспериментальному исследованию HEB смесителей на основе тонких пленок NbN. В работе исследовались полоса преобразования квазиоптического HEB смесителя с двумя каналами энергетической релаксации - фононным и диффузионным, а также стабильность и флуктуационная чувствительность приемника на основе волноводного HEB смесителя.

Актуальность исследования

Исследования в терагерцовой области спектра электромагнитного излучения (0.3 ТГц - 3 ТГц) являются важной задачей наблюдательной астрономии [1, 2, 3, 4]. Определенные процессы в «жизненном цикле» межзвездного вещества, в Млечном Пути и других галактиках имеют характерные линии испускания и поглощения, лежащие в терагерцовой области. Молекулярные соединения такие, как СО, CS, SO, S02, НСО+, HCN, С, N+ и С+, могут наблюдаться в этой части спектра электромагнитного излучения. Таким образом, наблюдения, проведенные в терагерцовой области, могут способствовать лучшему пониманию явлений, протекающих в гигантских межзвездных молекулярных облаках и областях формирования звезд, а также дать информацию о различных процессах, протекающих в Млечном Пути и других галактиках. Однако наблюдения в терагерцовой области спектра довольно затруднены, главным образом, из-за сильного ослабления электромагнитного излучения этого диапазона земной атмосферой, поэтому телескопы необходимо распологать в высокогорных областях (RLT [1], SMA [5], ALMA [6]) или базировать на самолетах (SOFIA [7]), или запускать в космос (Herschel [8]).

До недавнего времени основными приемниками в терагерцовом диапазоне являлись приемники на диодах Шоттки (ДБШ), работающие в широком диапазоне температур [9]. Однако такие приемники требуют большой мощности гетеродина (порядка нескольких милливатт), что трудно достижимо на частотах порядка 1 ТГц и выше из-за отсутствия мощных перестраиваемых твердотельных источников излучения. В настоящее время на частотах ниже 1 ТГц безусловными лидерами являются смесители на туннельном переходе свехпроводник-изолятор-сверхпроводник (СИС смесители) из-за их низкой шумовой температуры (несколько Av/fcs) и стабильности по отношению к флуктуациям мощности гетеродина во время работы. К сожалению, шумовая температура СИС смесителя резко возрастает, когда частота излучения приближается или превышает величину энергетической щели сверхпроводящего материала, из которого он изготовлен [10].

Смесители на эффекте разогрева электронов в резистивном состоянии

сверхпроводников (hot-electron bolometer (HEB) mixer) [11] были выбраны для терагерцовой астрономии из-за того, что они не имеют частотных ограничений по механизму смешения [12], обладают низкой шумовой температурой (менее 1КЛТц), и отностильно широкой полосой преобразования [13, 14, 15, 16], а также требуют гораздо меньшей мощности гереродина, чем смесители на диодах Шоттки (ДБШ смесители). Поэтому в гетеродинном инструменте для дальней ИК области (Heterodyne Instrument for the Far-Infrared - HIFI), который запущен на борту космической обсерватории Herschel HEB смеситель используется для полосы частот 1410-1910 ГГц [8]. Два гетеродинных приемника, CASIMIR и GREAT, на основе HEB смесителей, работающих в частотных диапазонах 1.2-2.1 ТГц и 1.5-5 ТГц, будут запущены на борту самолетной обсерватории SOFIA [7]. HEB смеситель будет использован для наблюдений на частоте 1.8 ТГц в проекте балонного базирования TELIS [17]. Наземный телескоп APEX, расположенный в Северном Чили (Llano de Chajnantor) на высоте 5105 м над уровнем моря использует HEB смеситель для покрытия частотного диапазона 1250-1384 ГГц [18]. Receiver Lab Telescope, построенный в Гарвард-Смитсониевском астрофизическом центре в настоящее время один из немногих наземных телескопов, работающих на частотах 0.8-1.5 ТГц. [19]. Проект МИЛЛИМЕТРОН [20], разрабатываемый Астрокосмическим Центром ФИАН им. П. Н. Лебедева, будет использовать HEB приемники для проведения наблюдений на частотах выше 1 ТГц.

Несмотря на неоспоримые преимущества HEB смесителей по сравнению с другими приемниками на частотах выше 1 ТГц, ведется поиск лучших характеристик — более низкой шумовой температуры и широкой полосы преобразования, а также улучшения стабильности. В настоящее время полоса преобразования практических HEB приемников не превышает 4 ГГц. Что касается гетеродинной спектроскопии, то более широкая полоса преобразования может позволить наблюдать несколько относительно узких спектральных линий или одной широкой линии (например, в случае быстро вращающегося объекта происходит допплеровское уширение линий) без необходимости перестраивать частоту гетеродина, процедуры не только нежелательной, но и иногда практически невозможной. В радиометрах, в простейшем случае, температурное разрешение обратно пропорционально квадратному корню из полосы детектирования и улучшается при уменьшении шумовой температуры приемника. Таким образом, увеличение полосы детектирования/преобразования и уменьшение шумовой температуры являются важными практическими задачами.

В реальности, для наблюдения большинства астрономических объектов на терагерцовых частотах требование, чтобы приемник имел низкую шумовую температуру, часто недостаточно для достижения нужного отношения сигнал-

шум, т.к. принимаемый сигнал обычно очень слабый. Эффективная температура антенны, соответствующая линии испускания в молекулярных облаках, часто на несколько порядков ниже, чем шумовая температура приемника. Если шум в системе полностью некоррелирован, т.е. он белый, тогда можно достичь любого отношения сигнал-шум просто за счет увеличения времени интегрирования, т.к. в этом случае вклад шума будет уменьшаться обратно пропорционально квадратному корню из произведения полосы приемника и времени интегрирования. Однако обычно в системе присутствуют другие виды шума, именно 1/f (фликер) шум и дрейф, что делает увеличение времени интегрирования бесполезным (в случае 1/f шума) или вредным (дрейф). В настоящее время для HEB приемников оптимальное время интегрирования (время Аллана) меньше 1 секунды [21] и вопрос возможности его увеличения остается открытым.

Таким образом, актуальность диссертационной работы заключается в исследовании путей расширения полосы преобразования HEB смесителей, а также возможностей улучшения стабильности приемников на их основе.

Целью диссертационной работы является исследование HEB смесителей терагерцового диапазона, изготовленных из тонких (3.5 нм) сверхпроводящих пленок NbN, которые наряду с широкой полосой преобразования обладали бы высокой стабильностью.

Объектом исследования при измерении ширины полосы преобразования являлись квазиоптические смесители, изготовленные из пленок NbN толщиной 3.5 нм, напыленные на подложки из высокоомного Si. Для исследования возможности улучшения стабильности, а также для проведения измерений температурного разрешения HEB приемника использовались волноводные смесители, рассчитанные на частоту гетеродина 0.8 ТГц и изготовленные из пленок NbN толщиной 3.5 нм, напыленные на подложки из кристаллического кварца Z-ориентации с подслоем MgO.

Были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать возможность расширения полосы преобразования HEB смесителей с фононным каналом охлаждения горячих электронов путем включения их дополнительного диффузионного охлаждения.

2. Исследовать возможность компенсации влияния флуктуаций мощности гетеродина путем контролируемого инжектирования СВЧ излучения одновременно с излучением гетеродина.

3. Провести прямые измерения температурного разрешения HEB приемника на основе смесителя с фононным каналом охлаждения в радиометрическом и спектроскопическом режимах.

В процессе работы были получены следующие новые научные результаты:

1. Изготовлен и исследован HEB смеситель с фононным каналом

охлаждения электронной подсистемы и дополнительным диффузионным каналом, имеющий рекордную полосу преобразования.

2. Исследована система компенсации влияния флуктуаций мощности гетеродина на рабочую точку HEB смесителя путем контролируемого инжектирования СВЧ излучения одновременно с излучением гетеродина.

3. Проведены прямые измерения температурного разрешения HEB приемника на основе смесителя с фононным каналом охлаждения в радиометрическом и спектроскопическом режимах.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Полоса преобразования NbN HEB смесителя с in situ Au контактами зависит от длины смесительного элемента. Зависящий от длины L вклад в полосу преобразования пропорционален 1 IL2, что однозначно указывает на диффузионное охлаждение горячих электронов в NbN HEB смесителях.

2. Квазиоптические HEB смесители при длине 0.112 мкм с in situ золотыми контактами имеют рекордную полосу преобразования 6.5 ГГц, что почти в два раза превышает типичное значение 3.5 ГГц, полученное для NbN HEB смесителей на Si подложках с ex situ золотыми контактами.

3. Применение СВЧ цепи обратной связи позволяет устранить дрейф выходной мощности HEB приемника, обусловленный флуктуациями мощности гетеродина, таким образом увеличивая время Аллана до 10 с, что на порядок превышает типичное значение 1 с без использования активного контроля рабочей точки смесителя.

4. При использовании СВЧ цепи обратной связи температурное разрешение HEB приемника улучшается с 1.0 К до 0.7 К в радиометрическом режиме и с 2.8 К до 1.7 К в спектроскопическом режиме.

Практическая значимость диссертационной работы состоит в расширении полосы преобразования HEB смесителей с фононным каналом охлаждения путем открытия дополнительного диффузионного канала, а также улучшении стабильности HEB приемника на основе смесителя с фононным каналом охлаждения путем контролируемого инжектирования СВЧ излучения одновременно с излучением гетеродина. В целом, работа направлена на разработку стабильных широкополосных HEB приемников для применения в терагерцовой радиоастрономии. Исследованные HEB смесители непосредственно используются на телескопе RLT (Receiver Lab Telescope) Гарвард-Смитсониевского астрофизического центра для проведения наблюдений на частотах 0.8-1.5 ТГц.

Публикации. Основные результаты проведенных исследований

опубликованы в 6 печатных работах и представлены в 6 докладах на российских и международных конференциях. В журналах из списка ВАК опубликовано 2 работы. Список публикаций приведен в конце автореферата.

Объем и структура диссертации. Общее количество страниц в диссертации составляет 112. Диссертация включает 4 главы, 26 рисунков и 3 таблицы. В библиографию включает 93 наименования.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы исследования, научная новизна и практическая значимость работы, а также приводятся краткое содержание и основные результаты диссертационного исследования.

Глава 1. Обзор литературы и постановка задачи.

Глава 1 посвящена обзору литературы. В параграфе 1.1 рассматриваются гетеродинные приемники терагерцового диапазона на основе ДБШ и СИС. В параграфе 1.2 приведен обзор теории электронного разогрева в пленках сверхпроводников в применении к НЕВ смесителям с фононным и диффузионным каналами охлаждения. Также в этом параграфе обсуждаются волноводная и квазиоптическая схемы согласования смесительного элемента с принимаемым излучением и стабильность приемника на основе НЕВ смесителя. В параграфе 1.3 обосновывается выбор объекта исследования и формулируется задача диссертационной работы.

Глава 2. Изготовление НЕВ смесителей и методики измерений.

Глава 2 посвящена описанию технологии изготовления НЕВ смесителей и экспериментальных установок для исследования их характеристик по постоянному току, частотных характеристик, а также для измерения стабильности и температурного разрешения НЕВ приемников. В параграфе 2.1 изложена технология изготовления квазиоптических и волноводных смесителей, приведено сравнение двух маршрутов изготовления. В параграфе 2.2 описана методика измерения зависимости сопротивления смесителей от температуры. Параграф 2.3 посвящен описанию экспериментальной установки и методике измерения ширины полосы преобразования квазиоптических смесителей вблизи Гс с использованием двух ламп обратной волны, работающих на частоте 300 ГГц. Методика исследования стабильности волноводного НЕВ приемника на частоте гетеродина 810 ГГц подробно изложена в параграфе 2.4. В параграфе 2.5 описана методика измерения температурного разрешения волноводного НЕВ приемника на частоте гетеродина 810 ГГц в радиометрическом и спектроскопическом режимах с использованием калибровочного модуля с тремя нагрузками и газовой ячейки.

Глава 3. Полоса преобразования квазиоптического NbN HEB смесителя с двумя каналами охлаждения.

Глава 3 посвящена исследованию ширины полосы преобразования квазиоптических смесителей с двумя каналами охлаждения горячих электронов. В параграфе 3.1 описаны результаты измерения ширины полосы преобразования смесителей из пленок NbN толщиной 3.5 нм при температуре сверхпроводящего перехода. Рабочая температура выбрана равной критической, т. к. только в этом случае экспериментальные результаты могут быть однозначно интерпретированы в рамках существующей модели HEB смесителя. При этом, поскольку энергетическая щель практически подавлена, конкретное значение выбранной частоты не играет роли. Поэтому исследования проводились с использованием двух ламп обратной волны, работающих на частоте 300 ГГц. Обсуждение калибровки тракта ПЧ проведено в параграфе 3.2. Вследствие того, что S-параметры тракта промежуточной частоты (ПЧ) не удается полностью определить (не удается определить S-параметры смесительного блока), не разрушая смеситель, проводится измерение полосы преобразования в двух рабочих точках на одной и той же вольт-амперной характеристике. В этом случае модель однородного электронного разогрева предсказывает расширение полосы преобразования HEB смесителя при увеличении напряжения смещения. Мощность на выходе тракта ПЧ зависит от ПЧ следующим образом

f (/)=№«(/W, JfJ (l)

i+\JIJ>dB)

где Ри мощность непосредственно на выходе смесителя. Запись (1) для двух рабочих точек А и В (VB > VA), дает

p*{f)_rÄm+WfU-

откуда частоты среза (частоты, на которых выходная мощность падает на 3 дБ) могут быть определены путем аппроксимации экспериментальных данных. Таким образом удается полностью исключить вклад тракта ПЧ и получить частоты среза в этих рабочих точках. Эта процедура применялась наряду с учетом параметра Sa тракта ПЧ (исключая смесительный блок) (см. рис. 1). Оба способа определения частот среза дают результаты, совпадающие с точностью до нескольких процентов, что указывает на то, что вклад смесительного блока несуществен. Исследование показало, что квазиоптические HEB смесители при длине 0.112 мкм с in situ золотыми контактами имеют рекордную полосу преобразования 6.5 ГГц, что почти в два раза превышает типичное значение 3.5 ГГц, полученное для NbN HEB смесителей на Si подложках с ex situ золотыми контактами (см. рис. 2). Как видно из рисунка, ширина полосы преобразования возрастает примерно обратно пропорционально квадрату длины

в

о S

1

0.4 0.60.8 I

0.4 0.60.8 1

Промежуточная частота [ГГц]

Промежуточная частота [ГГц]

Рис. 1: Зависимости выходной мощности для образца 130б/2#33. Слева показана зависимость без учета S-параметра тракта ПЧ, справа — результат с учетом калибровки тракта ПЧ.

мостика (если не считать постоянной составляющей, обусловленной фононным каналом охлаждения, вклад которого от длины смесительного элемента не зависит). Можно предположить, что процесс релаксации электронной температуры протекает по двум независимым (во всяком случае в первом приближении) каналам: фононному и диффузионному. Тогда полный коэффициент теплоотвода равен сумме коэффициентов теплоотвода для фононного и диффузионного каналов в отдельности:

Gi*=Gpn+Gw (3)

откуда время релаксации электронной температуры есть

С, С„ 111 Г'1

где TPh - время релаксации электронной температуры через фононный канал, т<ш - время релаксации электронной температуры через диффузионный канал, равное

T"V=— (5)

где D - коэффициент диффузии, и L - длина смесительного элемента. Частота среза определяется выражением

Хотя согласие с экспериментом довольно хорошее, нельзя не отметить разброс точек, причем больший интерес вызывают случаи, когда измеренное значение меньше предсказываемого теорией. Как видно из (5) время релаксации электронной температуры через диффузионный канал сильно зависит от длины

Длина смесительного элемента [мкм]

Рис. 2: Полоса преобразования как функция длины смесительного элемента. Сплошная кривая есть теоретическая зависимость.

смесительного элемента, и поэтому относительно небольшая неточность в определении длины приводит к сильному изменению частоты среза. В некоторых случаях измеренное значение частоты среза оказывается больше рассчитанного. Это может быть связано с экспериментальной погрешностью (примерно 10 процентов); кроме этого, можно ожидать, что в пределах одной партии смесители не будут иметь идентичных характеристик (при условии, что они имеют одинаковые размеры, т. е. «входные данные» одинаковые). Хотя в виду сложности технологического процесса не удалось получить смесители с длинами в интервале 0.2-0.3 мкм, пригодные для измерений ширины полосы преобразования, на основании полученных данных можно заключить, что действительно имеет место дополнительное охлаждение посредством диффузии горячих электронов в контактные площадки.

Основные результаты главы сформулированы в параграфе 3.3.

Глава 4. Стабильность и температурное разрешение волноводного НЕВ приемника на частоте 810 ГГц.

Глава 4 посвящена исследованию возможности улучшения стабильности НЕВ приемника на основе НЕВ смесителя с фононным каналом охлаждения путем контролированного инжектирования СВЧ излучения одновременно с излучением гетеродина. Также обсуждается прямое измерение температурного разрешения НЕВ приемника на основе НЕВ смесителя с фононным каналом охлаждения в радиометрическом и спектроскопическом режимах на частоте гетеродина 810 ГГц. В параграфе 4.1 приведены результаты исследования влияния СВЧ излучения на шумовую температуру и коэффициент

1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4

Нормированная поглощенная мощность гетеродина

Рис. 3: Эффект СВЧ излучения на НЕВ устройство. Шумовая температура приемника (■) и кэффициент преобразования смесителя (•) как функции нормированной поглощенной мощности гетеродина с частотой 0.81 ТГц.

преобразования HEB приемника. После того, как была найдена рабочая точка с минимальной шумовой температурой, мощность гетеродина была уменьшена так, что ток смесителя вырос на 1 мкА. Значение тока было затем восстановлено путем инжектирования СВЧ-излучения с частотой 17.3 ГГц. Была проделана серия подобных измерений с компенсацией уменьшения мощности гетеродина инжектированием СВЧ-излучения на каждой стадии. Этим путем была получена зависимость шумовой температуры приемника и коэффициента преобразования смесителя от мощности гетеродина, нормированной к оптимальной мощности гетеродина. Напряжение смещения оставалось неизменным во всех измерениях. В результате исследования было показано, что замещение небольшого количества СВЧ излучения для компенсации влияния флуктуаций мощности гетеродина приводит лишь к незначительному ухудшению работы HEB смесителя (см. рис. 3). Параграф 4.2 посвящен исследованию стабильности HEB приемника на частоте гетеродина 810 ГГц с использованием СВЧ системы стабилизации рабочей точки смесителя. Исследование проводилось путем измерения дисперсии Аллана выходной мощности приемника в точке с наилучшей шумовой температурой. Было показано, что СВЧ цепь обратной связи может устранить дрейф выходной мощности HEB приемника, таким образом увеличивая оптимальное время интегрирования (время Аллана) до 10 с,

le-009

0,1

1 10 Время интегрирования [с]

100

Рис. 4: Дисперсия Аллана HEB приемника с открытой (•) и закрытой (□) цепью обратной связи. Также показан график дисперсии Аллана для ПЧ тракта (Т) и 380-МГц уравнение радиометра (прямая линия).

что на порядок превышает значение 1 с, типичное для HEB приемников (см. рис. 4). В параграфе 4.3 приведены результаты измерения температурного разрешения HEB приемника в радиометрическом режиме с примененим СВЧ системы стабилизации рабочей точки смесителя. Исследование проводилось с использованием калибровочного модуля с тремя нагрузками: температура азотной нагрузки предполагалась равной 77 К, температура комнатной нагрузки была равна примерно 295 К, температура нагретой нагрузки была выставлена 298 К. Разница в 3 градуса была выбрана для простоты обработки данных. Нагрузки переключались каждые 5 с в следующей последовательности-, нагретая-комнатная-холодная. Полный цикл равнялся 25 с, включая время движения. Если t, ТйтЬ и Гсом - температуры нагретой, комнатной и холодной нагрузок соответственно, и /W, Рт,ь и Ра,м соответствующие уровни мощности, усредненные по 5-с интервалу, температура нагретой нагрузки для каждого цикла может быть определена как

Каждый скан длился 20 минут, что давало примерно 40 полных циклов в скане. Разброс данных вокруг среднего значения Т^ за время скана, представленное стандартным отклонением, дает температурное разрешение приемника. Анализ

(7)

Q.

813 813.1 813.2 813.3 813.4 813.5 813.6 813.7 Частота [ГГц]

Рис. 5: Линия испускания газа OCS на частоте 813.3537060 ГГц, измеренная HEB приемником.

значений Theat, полученных при помощи (7), дает стандартные отклонения, или температурные разрешения, равные в среднем 0.7 К или 1.0 К, в зависимости от того закрыта или открыта цепь обратной связи. В обоих случаях температурное разрешение существенно хуже теоретического значения 0.07 К, предсказываемого уравнением радиометра. Отдельные измерения дисперсии Аллана показали, что такое большое расхождение связано с присутствием 1/f шума. Параграф 4.4 посвящен измерениям температурного разрешения HEB приемника в спектроскопическом режиме с применением СВЧ системы стабилизации рабочей точки смесителя. В исследовании использовалась газовая ячейка, заполненная карбонил-сульфидом. Для измерения яркостной температуры газа была проделана серия измерений: сначала комнатная нагрузка при температуре Гать была помещена за газовой ячейкой, давая спектр SambOO; затем за ячейкой помещалась нагрузка при температуре Гсои = 77 К для получения спектра испускания газа i'coid(v) на фоне 77-К нагрузки; и, наконец, газовая ячейка откачивалась, и приемник смотрел на 77-К нагрузку через пустую ячейку, давая Sbix(v). С этими тремя измерениями яркостная температура газа как функция частоты определялась следующим образом:

vold^fi атЬ Tcold)

(8)

Калиброванный спектр затем сглаживался по 12-МГц окну, давая лоренцевский профиль (рис. 5). Сила спектральной линии затем считалась как разница между температурой пика и температурой базы. Разброс данных составил 1.7 К или 2.8

К в зависимости от того закрыта цепь обратной связи или открыта. В этом случае уравнение радиометра предсказывает 1.4 К. Относительное улучшение по сравнению с радиометрическим режимом связано с уменьшением вклада 1/f шума и дрейфа на коротких временах интегрирования. В параграфе 4.5 сформулированы основные результаты главы.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационного исследования:

1. Полоса преобразования 6.5 ГГц была достигнута при температуре сверхпроводящего перехода на частоте 300 ГГц на HEB смесителях с in situ золотыми контактами, что почти в два раза превышает типичное значение 3.5 ГГц, полученное для HEB смесителей с ex situ золотыми контактами.

2. Зависимость полосы преобразования от длины смесительного элемента ясно указывает на существование дополнительного диффузионного охлаждения в HEB смесителях с фононным каналом охлаждения.

3. Замещение небольшого количества СВЧ излучения для компенсации влияния флуктуаций мощности гетеродина приводит лишь к незначительной деградации шумовой температуры и коэффициента преобразования HEB смесителя.

4. СВЧ цепь обратной связи может устранить дрейф выходной мощности HEB приемника, таким образом увеличивая время Аллана до 10 с, что на порядок превышает типичное значение 1 с без использования активного контроля рабочей точки смесителя.

5. Отсутствие признаков 1/f шума в графике дисперсии Аллана для тракта ПЧ указывает на то, что этот тип шума может быть вызван либо самим смесителем, либо гетеродином.

6. В радиометрическом режиме приемник может обнаружить изменение температуры антенны равное 0.7 К или 1.0 К, в зависимости от того закрыта или открыта цепь обратной связи, что существенно хуже теоретического значения 0.07 К, предсказываемого уравнением радиометра. Отдельные измерения дисперсии Аллана показали, что такое большое расхождение связано с присутствием 1/f шума в сигнале гетеродина.

7. В спектроскопическом режиме приемник может различить изменение яркостной температуры спектральной линии равное 1.7 К или 2.8 К в зависимости от того закрыта цепь обратной связи или открыта. В этом случае уравнение радиометра предсказывает 1.4 К. Относительное улучшение по сравнению с радиометрическим режимом связано с уменьшением вклада 1/f шума и дрейфа на коротких временах интегрирования.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

Публикации в журналах из списка ВАК РФ

1. S. Rvabchun. С.Е. Tong, R.Blundell, and G. Gol'tsman. Stabilization scheme for hot-electron bolometer receivers using microwave radiation // IEEE Trans. Applied Supercond. - 2009. - vol. 19, no. 1. — pp. 14-19. - 0,438 п. л. (авторских 40%)

2. S. Rvabchun. С.-Y. E. Tong, R. Blundell, R Kimberk and G. Gol'tsman. Study of the Effect of Microwave Radiation on the Operation of HEB Mixers in the Terahertz Frequency Range // IEEE Trans. Applied Supercond. - 2007. - vol. 17, no. 2. - pp. 391-394. - 0,25 п. л. (авторских 40%).

Другие публикации

3. S. A. Rvabchun. I. V. Tretyakov, M. I. Finkel, S. N. Maslennikov, N. S. Kaurova, V. A. Seleznev.B. M. Voronov and G. N. Goltsman. Fabrication and characterisation of NbN HEB mixers with in situ gold contacts // Proceedings of the 19th International Symposium on Space Terahertz Technology. - Groningen, the Netherlands: 2008. - pp. 62-67. - 0,438 п. л. (авторских 20%).

4. Sergey Rvabchun. Cheuk-yu E. Tong, Raymond Blundell, Robert Kimberk, Gregory Gol'tsman. Stabilisation of the terahertz Hot-Electron Bolometer mixer with microwave feedback control // Proceedings of the 18h International Symposium on Space Terahertz Technology / California Institute of Technology. - Pasadena, CA, USA: 2007. - pp. 193-198. - 0,438 п. л. (авторских 30%).

5. Sergey Rvabchun. Cheuk-yu E. Tong, Raymond Blundell, Robert Kimberk, Gregory Gol'tsman. Effect of microwave radiation on the stability of terahertz hot-electron bolometer mixers // Proc. SPIE. - 2006. - vol. 6373, 63730J. - 0,3 п. л, (авторских 30%).

6. I. V. Ttretyakov, S. A. Rvabchun. S. N. Maslennikov, M. I. Finkel, N. S. Kaurova, V. A. Seleznev, В. M. Voronov, G. N. Goltsman. NbN HEB mixer: fabrication, noise temperature reduction and characterization // Proceedings of the 3rd International Conference "Fundamental Problems of High-Temperature Superconductivity". - Zvenigorod, Russia: 2008. - pp. 284-285. - 0,125 п. л. (авторских 20%).

Литература

[1] Prospects for terahertz radio astronomy from northern Chile / R. Blundell, J. W. Barrett, H. Gibson, C. Gottleib, T. R. Hunter, R. Kimberk, S. Leiker, D. Marrone, D. Meledin, S. Paine, D. C. Papa, R. G. Plante, P. Riddle, M. J. Smith, Т. K. Sridharan, C.-Y. E. Tong, R. W. Wilson, M. Diaz, L. Bronfman, J. May, A. Otarola, S. J. E. Radford // Proceedings of the 13th International Symposium on Space Terahertz Technology / Harvard University.— Cambridge, MA, USA: 2002.-p. 159.

[2] Ground-based terahertz CO spectroscopy towards Orion / J. Kawamura, T.R. Hunter, C.Y.E. Tong, R. Blundell, D.C. Papa, F. Patt, W. Peters, T.L. Wilson, C. Henkel, G. Gol'tsman, and E. Gershenzon // Astron. Astrophys. - 2002. -vol. 394.-pp. 271-274.

[3] Walker, C.K., Kulesa, C.A.. Terahertz astronomy from the coldest place on earth // The Joint 30th International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 13th International Conference on Terahertz Electronics. - 2005. -vol. 1. - pp. 3-4.

[4] Large antennas for ground-based astronomy above 1 THz / W. Wild, R. Gusten, W. S. Holland, R. J. Ivison, G. L. Stacey // Antennas and Propagation Society International Symposium. - 2006. - pp. 2391-2394.

[5] SMA - Submillimeter Array. - Internet page. - 2009. http://www.cfa.har-vard.edu/sma/.

[6] ALMA - Atacama Large Millimeter Array. - Internet page. - 2009. http://www.almaobservatory.org/index.php.

[7] SOFIA - Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy. - Internet page. -2009. http://www.sofia.usra.edu/.

[8] HERSCHEL. - Internet page. - 2009. http://www.esa.int/science/herschel.

[9] The Design, Construction, and Evaluation of a 585 GHz Planar Schottky Mixer / J. L. Hesler, T. W. Crowe, R. M. Weikle, R. F. Bradley, S.-K. Pan, and P. Chattopadhyay // Proceedings of the 6th International Symposium on Space Terahertz Technology / California Institute of Technology. - Pasadena, CA, USA: 1995.-p. 34.

[10] John R. Tucker, Marc J. Feldman. Quantum detection at millimeter wavelengths//Rev. Mod. Phys. - 1985. -vol. 57. -p. 1055.

[11] Смеситель миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн на основе разогрева электронов в резистивном состоянии сверхпроводниковых пленок / М. Гершензон, Г. Н. Гольцман, И. Г. Гогидзе, Ю. П. Гусев, А. И. Елантьев, Б. С. Карасик, А. М. Люлькин, А. Д. Семенов // СФХТ. - 1990. - том 3, часть I. - стр. 2143-2160.

[12] Intense Electromagnetic Radiation Heating of Electrons of a Superconductor in the Resistive State / E. M. Gershenzon, G. N. Gol'tsman, A. I. Elant'ev, B. S. Karasik, and S. E. Potoskuev // Sov, J. Temp. Phys. - 1988. - vol. 14, no. 7. -pp. 414-420.

[13] Terahertz-frequency waveguide NbN hot-electron bolometer mixer / J. Kawamura, C.Y.E. Tong, R. Blundell, D.C. papa, T.R. Hunter, F. Patt, G. Gol'tsman, and E. Gershenzon // IEEE Trans, on Appl. Supercond. - 2001. -vol. 11.-pp. 952-954.

[14] A 1-THz superconducting hot-electron bolometer receiver for astronomical observations / D.V. Meledin, D.P. Marrone, C.Y. E. Tong, H. Gibson, R. Blundell, S.N. Paine, D.C. Papa, M. Smith, T.R. Hunter, J. Battat, B. Voronov, G. Gol'tsman // IEEE Trans. Microwave Theory and Tech. - 2004. - vol. 52, no. 10.-pp. 2338-2343.

[15] Gain bandwidth of phonon-cooled HEB mixer made of NbN thin film with MgO buffer layer on Si / Yury B. Vachtomin, Mtvey I. Finkel, Sergey V. Anti-pov, Boris M. Voronov, Konstantin V. Smirnov, Natalia S. Kaurova, Vladimir N. Drakinski and Gregory N. Goltsman // Proceedings of the 13th International Symposium on Space Terahertz Technology / Harvard University. - Cambridge, MA, USA: 2002. - p. 259.

[16] Noise temperature measurements of NbN phonon-cooled hot electron bolometer mixer at 2.5 THz and 3.8 THz / Yu. B. Vachtomin, S. V. Antipov, S. N. Maslennikov, K. V. Smirnov, S. L. Polyakov, N. S. Kaurova, E. V. Grishina, B. M. Voronov and G. N. Goltsman // The Proceedings of the 15th International Symposium on Space Terahertz Technology / Hotel Northampton. - Northampton, MA, USA: 2004.-p. 236.

[17] TELLIS - Terahertz and submillimeter Limb Sounder. - Internet page. - 2009. http: //www .sron .nl/index .php?

option=com_content&task=view&id=2037&Itemid=1900

[18] APEX - Atacama Pathfinder Experiment. - Internet page. - 2009. http://www.apex-telescope.org/

[19] Observations in the 1.3 and 1.5 THz Atmospheric Windows with the Receiver Lab Telescope / D. P. Marrone, R. Blundell, E. Tong, S. N. Paine, D. Loudkov, J. H. Kawamura, D. Luhr, C. Barrientos // Proceedings of the 16th International Symposium on Space Terahertz Technology / Goteborg, Sweden: 2005. - p. 64.

[20] MHJIJIHMETPOH. — Internet page. - 2009. http://www.asc.rssi.ru/millimet-ron/eng/millim_eng.htm

[21] Stability of heterodyne terahertz receivers / J.W. Kooi, J. J. A. Baselmans, A. Baryshev, R. Schieder, M. Hajenius, J. R. Gao, T. M. Klapwijk, B. Voronov, and G. Gol'tsman // J. Appl. Phys. - 2006. - vol. 100. - p. 064904-064913.

Подп. к печ. 06.07.2009 Объем 1 п.л. Заказ №. 164 Тир 100 экз.

Типография Mill У

Список сокращений.

Введение.

Глава 1. Обзор литературы и постановка задачи диссертационного исследования.

1.1. Гетеродинные приемники на основе ДБШ и СИС.

1.1.1. ДБШ смесители.

1.1.2. СИС смесители.

1.2. Смесители на горячих электронах.

1.2.1. Эффект электронного разогрева в сверхпроводниках.

1.2.2. HEB смесители с фононным каналом охлаждения.

1.2.3. HEB смесители с диффузионным каналом охлаждения.

1.2.5. Согласование HEB смесителя с входным излучением.

1.2.5. Стабильность HEB приемника.

1.3. Выбор объекта исследования и постановка задачи диссертационного исследования.

Глава 2. Изготовление HEB смесителей и ¡методики измерений их характеристик.

2.1. Изготовление HEB смесителей.

2.1.1. Квазиоптические HEB смесители.

2.1.2. Волноводные HEB смесители.

2.2. Методика исмерения зависимости сопротивления HEB смесителя от температуры.

2.3. Методика измерения полосы преобразования HEB смесителя.

2.4. Методика измерения стабильности HEB приемника.

2.5. Методика измерения температурного разрешения HEB приемника. 59 Заключение.

Глава 3. Полоса преобразования квазиоптического NbN HEB смесителя с двумя каналами охлаждения.

3.1. Параметры исследуемых HEB смесителей.

3.2. Исследования полосы преобразования HEB смесителя при температуре сверхпроводящего перехода.

3.2. Калибровка тракта ПЧ HEB приемника.

3.2. Выводы.

Глава 4. Стабильность и температурное разрешение волноводного HEB приемника на частоте 810 ГГц.

4.1. СВЧ инжектирование.

4.2. Исследование стабильности волноводного HEB приемника.

4.3. Температурное разрешение волноводного HEB приемника в радиометрическом режиме.

4.4. Температурное разрешение волноводного HEB приемника в спректроскопическом режиме.

4.5. Выводы.

Исследования в терагерцовой области спектра электромагнитного излучения (0.3 ТГц - 3 ТГц) являются важной задачей наблюдательной астрономии [1, 2, 3, 4]. Определенные процессы в «жизненном цикле» межзвездного вещества, в Млечном Пути и других галактиках имеют характерные линии испускания и поглощения, лежащие в терагерцовой области. Молекулярные соединения такие, как СО, СБ, БО, 802, НСО+, НСМ, С, >Г и С+, могут наблюдаться в этой части спектра электромагнитного излучения. Рождение звезды происходит в результате гравитационного коллапса межзвездных пылевых туманностей. В процессе коллапса основная часть энергии туманности переходит в электромагнитное излучение терагерцового диапазона. Регистрация этого излучения с помощью приемников терагерцового диапазона и анализ полученных данных дают богатую информацию о плотности, температуре и других характеристиках этих туманностей, что необходимо« для дальнейшего изучения эволюции звезд и планетных формирований. Таким образом, наблюдения, проведенные в терагерцовой области, могут способствовать лучшему пониманию явлений, протекающих в гигантских межзвездных молекулярных облаках и областях формирования звезд, а также дать информацию о различных процессах, протекающих в Млечном Пути и других галактиках. Спектральная плотность энергии электромагнитного излучения, испускаемого молекулярным облаком в терагерцовом диапазоне, приведена на Рис. 1. На том же рисунке, для сравнения, показана спектральная плостность излучения черного тела при 30 К. А

Ш -jqIO >s

109

2тт 1тт 500/яп 200/ш 100/хгп

Рис. 1: Спектральная плотность энергия электромагнитного излучения, испускаемого молекулярным облаком в терагерцовом диапазоне. Для сравнения, показана спектральная плостность излучения черного тела при 30 К.

Однако наблюдения в терагерцовой области спектра довольно затруднены, главным образом, из-за сильного ослабления электромагнитного излучения этого диапазона земной атмосферой, поэтому телескопы необходимо распологать в высокогорных областях (RLT [1], SMA [5], ALMA [6]) или базировать на самолетах (SOFIA [7]), или запускать в космос (Herschel [8]). На Рис.2 показано пропускание

0.5 mm pwv

1 mm pwv

2 mm pwv

MIX, A

400

1200

1400

1600

600 800 1000 Frequency [GHz]

Рис. 2: Пропускание атмосферы в направлении на зенит на высоте 4200 м (Mauna Кеа, Hawaii). атмосферы в направлении на зенит на высоте 4200 м над уровнем моря (Mauna Кеа, Hawaii). Как видно, на частотах выше 1 ТГц, даже в таком благоприятном для радиоастрономии месте, как Mauna Кеа, атмосфера практически непрозрачная.

Основными параметрами гетеродинных приемников являются шумовая температура и полоса преобразования. До недавнего времени, основными приемниками в терагерцовом диапазоне являлись приемники на диодах Шоттки (ДБШ), работающие в широком диапазоне температур [9, 10, 11]. Однако такие приемники требуют большой мощности гетеродина (порядка нескольких милливатт), что трудно достижимо на частотах порядка 1 ТГц и выше из-за отсутствия мощных перестраиваемых твердотельных источников излучения.

В настоящее время на частотах ниже 1 ТГц безусловными лидерами являются смесители на туннельном переходе свехпроводник-изолятор-сверхпроводник (СИС смесители) из-за их низкой* шумовой температуры (несколько hv/кв) и стабильности^ по отношению к флуктуациям мощности гетеродина в время работы. Поэтому они широко используются в радиотелескопах, работающих в этом диапазоне (например, SMA [5], ALMA. [6]). К сожалению, шумовая температура СИС смесителя резко возрастает, когда частота излучения приближается или превышает величину энергетической1 щели сверхпроводящего материала, из которого он изготовлен [12].

Смесители на эффекте разогрева электронов в резистивном состоянии сверхпроводников (hot-electron bolometer (НЕВ) mixer) [13, 14, 15] были выбраны для терагерцовой астрономии из-за того, что они не имеют частотных ограничений по механизму смешения [16, 17], обладают низкой шумовой температурой (менее 1 К/ГГц), и отностильно широкой полосой преобразования [18, 19.; 20, 21, 22], и также, поскольку они требуют меньше мощности гереродина, чем смесители на диодах Шоттки (ДБШ смесители). Поэтому в гетеродинном инструменте для дальней ИК области (Heterodyne Instrument for the Far-Infrared - HIFI), который запущен на борту космической обсерватории Herschel НЕВ смеситель используется для полосы частот 1410-1910 ГГц [8]. Два гетеродинных приемника, CASIMIR и GREAT, на основе НЕВ смесителей, работающих в частотных диапазонах 1.2-2.1 ТГц и 1.5-5 ТГц, будут запущены на борту самолетной обсерватории SOFIA [7]. НЕВ смеситель будет использован для наблюдений на частоте 1.8 ТГц в проекте воздушного базирования TELIS [23]. Наземный телескоп APEX, расположенный в Северном Чили (Llano de Chajnantor) на высоте 5105 м над уровнем моря использует НЕВ смеситель для покрытия частотного диапазона 1250-1384 ГГц [24]. Receiver Lab Telescope, построенный в Гарвард-Смитсониевском астрофизическом центре в настоящее время один из немногих наземных телескопов, работающих на частотах 0.8-1.5 ТГц. [25]. Проект МИЛЛИМЕТРОН [26], разрабатываемый Астрокосмическим Центром ФИАН им. П. Н. Лебедева, будет использовать НЕВ приемники для проведения наблюдений на частотах выше 1 ТГц.

Несмотря на неоспоримые преимущества НЕВ смесителей по сравнению с другими приемниками на частотах выше 1 ТГц, ведется поиск лучших характеристик — более низкой4 шумовой температуры и широкой полосы преобразования. В настоящее время полоса, преобразования практических НЕВ приемников не превышает 4 ГГц. Что касается гетеродинной спектроскопии, более широкая полоса преобразования может позволить наблюдение нескольких относительно узких спектральных линий или одной широкой линии (например, в случае быстро вращающегося объекта происходит допплеровское уширение линии) без необходимости перестраивать частоту, гетеродина, процедуры не только нежелательной, но и иногда практически невозможной. В радиометрах, в простейшем случае (см. обсуждение ниже), температурное разрешение обратно пропорционально квадратному корню из полосы детектирования и улучшается при уменьшении шумовой температуры приемника: где ТА - температура антенны, 7r - шумовая температура приемника, В -полоса детектирования* приемника и г - время интегрирования. Таким образом, увеличение полосы детектирования/преобразования и уменьшение шумовой температуры являются важными практическими задачами:

В реальности, для? наблюдения большинства астрономических объектов на терагерцовых частотах требование, чтобы, приемник имел низкую: шумовую температуру, часто недостаточно для достижения нужного отношения сигналтшум; т.к. принимаемый* сигнал обычно; очень слабый. Эффективная температура антенны,, соответствующая? линии испускания в ? молекулярных облаках, часто на несколько порядков г ниже; чем шумовая.: температура- приемника. Если шум в системе; полностью некоррелирован, т.е; он белый; тогда можно достичь, любого отношения; сигнал-шум просто за счет увеличения времени интегрирования, т.к. в этом случае* вклад шума будет уменьшаться обратно пропорционально квадратному корню из произведения полосы приемника« и времени интегрирования (см. формулу (1) выше). Обычно^ Однако в системе присутствуют другие виды шума, именно 1/f (фликер) шум и дрейф,' что делает увеличение времени, интегрирования? бесполезным (в случае 1/f шума) или вредным (дрейф);. В настоящее: время? для HEB приемников, оптимальное; время интегрирования (время Аллана); меньше 1 секунды [27] и вопрос его увеличения остается открытым.

Актуальность диссертационной- работы заключается; в исследовании;; путей; расширения' полосы преобразования; HEB" симесителей, а также возможностей улучшения стабильности HEB приемников.

Эффект электронного разогрева; реализуется в тонких сверхпроводящих неупорядоченных пленках с малой длиной* свободного: пробега электронов. В таких пленках, на- малых энергиях, преобладает электрон-электронный механизм релаксации энергии; над электрон-фононным; Это приводит к фермизации функции распределения электронов [28; 29, 30, 31], то есть- электронной, подсистеме сверхпроводящей пленки можно приписать некоторую эффективную температуру. Быстродействие болометра на горячих электронах определяется временем.' релаксации электронной температуры, котрое зависит от материала сверхпроводника (в явномвиде через время электрон-фононного взаимодействия и-электронную и фононную теплоемкости), а также от его геометрии (через время ухода» неравновесных фононов в подложку, и время диффузии горячих электронов в контакты). Вообше говоря; переход пленки в резистивное состояние может произойти- под воздействием ряда факторов: магнитного поля, внешнего высокочастотного излучения (не обязательно с частотой выше частоты, соответствующей энергетической^ щели сверхпроводника) или же высокой рабочей температуры (порядка^критической).

Если на сверхпроводящую пленку падает электромагнитное излучение, то его энергия перераспределяется посредством электрон-электронного взаимодействия по электронной^ подсистеме, вызывая повышение ее температуры. Энергия от разогретых электронов благодаря элеьсгрон-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 и реализуется- в случае «грязных» неупорядоченных плёнок с малым временем электрон-электронного взаимодействия. Быстродействие в этом случае будет определяться электронной и фононной теплоемкостями, временем электрон-фононного взаимодействия, а также временем ухода неравновесных фононов в подложку. Ширина полосы преобразования НЕВ смесителей с фононным каналом охлаждения достигает 3.2 ГГц для волноводных смесителей [20] и 5.2 ГГц для квазиоптических смесителей [21].

Для чистых пленок с большим коэффициентом диффузии X) электронов можно реализовать диффузионный канал охлаждения электронов [32]. В этом случае длина смесительного элемента должна быть много меньше тепловой длины ь,=1Т4Ш1 , (2) где В - коэффициент дифузии материала, и г© - время релаксации электронной температуры, и тогда горячие электроны будут уходить из смесителя в нормальные контакты до рассеивания на фононах. Ширина полосы преобразования смесителя с диффузионным каналом охлаждения обратно пропорциональна квадрату длины мостика и может достигать 9 ГГц [33]. Однако здесь имеется ряд трудностей, ограничивающих применение смесителя с диффузионным каналом охлаждения в практических приборах. Как было отмечено, для обеспечения широкой полосы преобразования длина смесительного элемента должна быть много меньше тепловой длины. Это значит, что тепловой домен, образующийся, например, при поглощении пленкой электромагнитного излучения или при выделении джоулева тепла, будет быстро схлопываться, что приведет к тому, что вольт-амперная характеристика такого смесителя будет срывной. Оптимальная же по шумовой температуре область на вольт-амперной характеристике находится очень близко к точке срыва, а это означает, что приемник будет нестабилен. Далее, малость размеров смесительного элемента делает его весьма чувствительным к статическому электричеству.

НЕВ может быть использован как смеситель благодаря тому факту, что изменение электронной температуры пропорционально поглощенной мощности, а она, в свою очередь, пропорциональна квадрату амплитуды излучения - отсюта возможность смешения. Таким образом, HEB смеситель осуществляет нелинейное инерционное преобразование частоты [34, 35, 36]. Высокая чувствительность такого смесителя обусловлена большой температурной крутизной сверхпроводящего перехода. Эффективность преобразования не зависит от объема смесительного элемента, который определяет лишь. оптимальный уровень поглощенной мощности гетеродина. В силу того, что выходная мощность существующих твердотельных источников (лампы обратной волны и газоразрядные лазеры применяются в основном лишь в лабораторном эксперименте) составляет несколько микроватт [37], представляется .разумным уменьшать объем смесительного элемента. Большим достоинством HEB смесителей является то, что отклик сверхпроводящей пленки на падающее электромагнитное излучение является неселективным [16, 17], другими словами, смесители на электронном разогреве не имеют ограничений по спектральному интервалу. Кроме того, на частотах терагерцового' диапазона импеданс смесителя является частотно независимым и чисто активным, что облегчает задачу согласования смесительного элемента с различными типами квазиоптических антенн.

Расширение полосы преобразования HEB смесителей с фононным каналом охлаждения может быть достигнуто либо путем уменьшения толщины пленки [21], либо же путем использования подслоев для улучшения акустического согласования пленки и подложки [20]. В обоих случаях расширение полосы преобразования происходит за счет уменьшения времени ухода неравновесных фононов в подложку.

Существует два способа согласования HEB смесителя с входным электромагнитным излучением: волноводный [38] и квазиоптический [39]. в случае волноводного согласования смесительный чип зажимается между двумя секциями волноводного смесительного« блока. Фронтальная секция несет гофрированный рупор. Длина волновода в задней секции выбирается таким образом, чтобы обеспечить как можно лучшее согласование смесительного элемента с излучением. К сожалению, на частотах выше 1 ТГц изготовление смесительных блоков представляется очень трудной задачей, поэтому приходится использовать квазиоптическую схему согласования. В этом случае смесительный элемент интегрируется с планарной антенной (логоспиральной, логопериодической, двухщелевой), расположенной в фокусе вытянутой полусферической или эллиптической линзы.

Целью диссертационной работы является исследование HEB смесителей терагерцового диапазона, изготовленных из тонких (3.5 нм) сверхпроводящих пленок NbN, которые наряду с широкой полосой преобразования обладали бы высокой стабильностью.

Предметом диссертационной работы является:

1. Исследование возможности расширения полосы преобразования HEB смесителей с фононным каналом охлаждения путем открытия дополнительного диффузионного канала.

2. Исследование возможности улучшения стабильности HEB приемника на основе смесителя с фононным каналом охлаждения путем контролируемого инжектированя СВЧ излучения одновременно с излучением гетеродина.

3. Прямые измерения температурного разрешения HEB приемника на основе смесителя с фононным каналом охлаждения в радиометрическом и спектроскопическом режимах.

Объектом исследования ппри измерении ширины полосы преобразования являлись квазиоптические смесители, изготовленные из пленок NbN толщиной 3.5 нм, напыленные на подложки из высокоомного Si. Для исследования возможности улучшения стабильности, а также для проведения измерений температурного разрешения ПЕВ приемника использовались волноводные смесители, рассчитанные на частоту гетеродина 0.8 ТГц и изготовленные из пленок NbN толщиной 3.5 нм, напыленные на* подложки из кристаллического кварца Z-ориентации с подслоем MgO.

Измерение ширины полосы преобразования проводилось при критической температуре с использованием двух JIOB на частоте 300 ГГц. Исследования возможности улучшения стабильности, а также измерения температурного разрешения HEB приемника проводились при 4.2 К на частоте гетеродина 810 ГГц.

Научная новизна диссертационной работы заключается, в следующем:

1. Изготовлен и исследован HEB смеситель с фононным каналом охлаждения электронной подсистемы и дополнительным диффузионным каналом, имеющий рекордную полосу преобразования.

2. Исследована система компенсации влияния флуктуаций мощности гетеродина на рабочую точку HEB смесителя путем контролированного инжектированя СВЧ излучения одновременно с излучением гетеродина.

3. Проведены прямые измерения температурного разрешения HEB приемника на основе смесителя с фононным каналом охлаждения в радиометрическом и спектроскопическом режимах.

На защиту выносятся следующие положения;

1. Полоса преобразования NbN НЕВ смесителя с in situ Au контактами зависит от длины смесительного элемента. Зависящий от длины L вклад в полосу преобразования пропорционален HL2, что однозначно указывает на диффузионное охлаждение горячих электронов в NbN НЕВ смесителях.

2. Квазиоптические НЕВ смесители4 при длине 0.112 мкм с in situ золотыми контактами имеют рекордную полосу преобразования 6.5 ГГц, что почти в два раза превышает типичное значение 3.5 ГГц, полученное для NbN НЕВ смесителей на Si подложках с ex situ золотыми контактами.

3. Применение СВЧ цепи обратной связи позволяет устранить дрейф выходной мощности НЕВ приемника, обусловленный флуктуациями мощности гетеродина, таким образом увеличивая время Аллана до 10 с, что на порядок превышает типичное значение 1 с без использования активного контроля рабочей точки смесителя.

4. При использовании СВЧ цепи обратной связи температурное разрешение НЕВ приемника улучшается с 1.0 К до 0.7 К в радиометрическом режиме и с 2.8 К до 1.7 К в спектроскопическом режиме.

Практическая значимость диссертационной работы состоит в расширении полосы преобразования НЕВ смесителей с фононным каналом охлаждения путем открытия дополнительного диффузионного канала, а также улучшении стабильности НЕВ приемника на основе смесителя с фононным каналом охлаждения путем контролируемого инжектированя СВЧ излучения одновременно с излучением гетеродина. В целом, работа направлена* на разработку стабильных широкополосных HEB приемников для применения;: в терагерцовой радиоастрономии. Исследованные HEB смесители непосредственно используются; на телескопе RET (Receiver Lab Telescope) Гарвард-Смитсониевского астрофизического центра для проведения наблюдений на частотах 0.8-1.5 ТГц.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка публикации. автора и литературы. Объем работы составляет 112 страниц, включая 26 рисунков и 3 таблицы. Библиография? включает 93 наименования;

4.5. Выводы

Сформулируем основные результаты.

1. Замещение небольшого количества СВЧ излучения для компенсации флуктуаций мощности гетеродина приводит лишь к незначительному ухудшению работы НЕВ смесителя.

2. СВЧ цепь обратной связи может устранить дрейф выходной мощности НЕВ приемника, таким образом увеличивая время Аллана до 10 с.

3. Отсутствие признаков шума в графике дисперсии Аллана для тракта ПЧ указывает на то, что этот тип шума может быть вызван либо самим смесителем, либо гетеродином.

4. Используя калибровочный модуль с несколькими нагрузками и газовую ячейку, было возможно провести прямые измерения температурного разрешения НЕВ приемника на частоте гетеродина 810 ГГц.

5. В радиометрическом режиме приемник может обнаружить изменение температуры антенны, равное ГОК, что существенно хуже теоретического значения 0.07 К, предсказываемого уравнением радиометра. Отдельные измерения дисперсии Аллана показали, что такое большое расхождение связано с присутствием Ш шума.

6. В спектроскопическом режиме приемник может различить изменение яркостной температуры спектральной линии, равное 2.8 К. В этом случае уравнение радиометра предсказывает 1.4 К, что только в 2 раза лучше.

7. Относительное улучшение по сравнению с радиометрическим режимом связано с уменьшением вклада Ш шума и дрейфа на коротких временах интегрирования.

8. В обоих режимах работы температурное разрешение приемника было улучшено на 40% при использовании цепи обратной связи, которая подстраивала уровень инжектированной СВЧ мощности таким образом, чтобы поддерживать неизменным рабочий ток НЕВ смесителя.

Заключение

1. Полоса преобразования 6.5 ГГц была достигнута при температуре сверхпроводящего перехода на частоте 300 ГГц на HEB смесителях с in situ золотыми контактами, что почти в два раза превышает типичное значение 3.5 ГГц, полученное для HEB смесителей с ex situ золотыми контактами.

2. Зависимость полосы преобразования от длины смесительного элемента ясно указывает на существование дополнительного диффузионного охлаждения в HEB смесителях с фононным каналом охлаждения.

3. Замещение небольшого количества СВЧ излучения для компенсации влияния флуктуаций мощности гетеродина приводит лишь к незначительной деградации шумовой температуры и коэффициента преобразования HEB смесителя.

4. СВЧ цепь обратной связи может устранить дрейф выходной мощности HEB приемника, таким образом увеличивая время Аллана до 10 с, что на порядок превышает типичное значение 1 с без использования активного контроля рабочей точки смесителя.

5. Отсутствие признаков 1/f шума в графике дисперсии Аллана для тракта ПЧ указывает на то, что этот тип шума может быть вызван либо самим смесителем, либо гетеродином.

6. В радиометрическом режиме приемник может обнаружить изменение температуры антенны равное 0.7 К или 1.0 К, в зависимости от того закрыта или открыта цепь обратной связи, что существенно хуже теоретического значения 0.07 К, предсказываемого уравнением радиометра. Отдельные измерения дисперсии Аллана показали, что такое большое расхождение связано с присутствием \И шума в сигнале гетеродина.

7. В спектроскопическом режиме приемник может различить изменение яркостной температуры спектральной линии равное 1.7 К или 2.8 К в зависимости от того закрыта цепь обратной связи или открыта. В этом случае уравнение радиометра предсказывает 1.4 К. Относительное улучшение по сравнению с радиометрическим режимом связано с уменьшением вклада 1/Т шума и дрейфа на коротких временах интегрирования.

В заключение автор хотел бы выразить признательность своему научному руководителю профессору Гольцману Григорию Наумовичу за постоянное внимание и руководство в осуществлении данного диссертационного исследования, а также при написании диссертации. Диссертация была бы далеко не полной без неоценимой помощи и содействия в работе доктора Эдварда Тонга и доктора Рэя Бланделла, а также всего коллектива Лаборатории субмиллиметровых приемников Смитсоновской астрофизической обсерватории. Хотелось бы выразить благодарность всему коллективу Учебно-научного радиофизического центра МПГУ за помощь и неизменную дружескую поддержку.

Список публикаций автора

Публикации в журналах из списка ВАК РФ

1. S. Ryabchun. С.Е. Tong, R.Blundell, and G. Gol'tsman. Stabilization scheme for hot-electron bolometer receivers using microwave radiation // IEEE Trans. Applied Supercond. - 2009. - vol. 19, no. 1. - pp. 14-19. -0,438 п. л. (авторских 40%)

2. S. Ryabchun. С.-Y. E. Tong, R. Blundell, R Kimberk and G. Gol'tsman. Study of the Effect of Microwave Radiation on the Operation of HEB Mixers in the Terahertz Frequency Range // IEEE Trans. Applied Supercond. - 2007. - vol. 17, no. 2. - pp. 391-394. - 0,25 п. л. (авторских 40%).

Другие публикации

3. S. A. Ryabchun. I. V. Tretyakov, M. I. Finkel, S. N. Maslennikov, N. S. Kaurova, V. A. Seleznev,B. M. Voronov and G. N. Goltsman. Fabrication and characterisation of NbN HEB mixers with in situ gold contacts // Proceedings of the 19th International Symposium on Space Terahertz Technology. - Groningen, the Netherlands: 2008. - pp. 62-67. - 0,438 n. л. (авторских 20%).

4. Sergey Ryabchun. Cheuk-yu E. Tong, Raymond Blundell, Robert Kimberk, Gregory Gol'tsman. Stabilisation of the terahertz Hot-Electron Bolometer mixer with microwave feedback control // Proceedings of the 18h International Symposium on Space Terahertz Technology / California Institute of Technology. - Pasadena, CA, USA: 2007. - pp. 193-198. -0,438 п. л. (авторских 30%).

5. Sergey Ryabchun. Cheuk-yu E. Tong, Raymond Blundell, Robert Kimberk, Gregory Gol'tsman. Effect of microwave radiation on the stability of terahertz hot-electron bolometer mixers // Proc. SPIE. - 2006. - vol. 6373, 63730J. - 0,3 п. л. (авторских 30%).

6. I. V. Ttretyakov, S. A. Ryabchun. S. N. Maslennikov, M. I. Finkel, N. S. Kaurova, V. A. Seleznev, В. M. Voronov, G. N. Goltsman. NbNHEB mixer: fabrication, noise temperature reduction and characterization // Proceedings of the 3rd International Conference "Fundamental Problems of High-Temperature Superconductivity". - Zvenigorod, Russia: 2008. -pp. 284-285. - 0,125 п. л. (авторских 20%).

1. Ground-based terahertz CO spectroscopy towards Orion / J. Kawamura, T.R. Hunter, C.Y.E. Tong, R. Blundell, D.C. Papa, F. Patt, W. Peters, T.L. Wilson, C. Henkel, G. Gol'tsman, and E. Gershenzon // Astron. Astrophys. -2002.-vol. 394.-pp. 271-274.

2. Walker, C.K., Kulesa, C.A. Terahertz astronomy from the coldest place on earth I I The Joint 30th International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 13th International Conference on Terahertz Electronics. 2005. - vol. 1. - pp. 3-4.

3. Large antennas for ground-based astronomy above 1 THz / W. Wild, R. Gusten, W. S. Holland, R. J. Ivison, G. L. Stacey // Antennas and Propagation Society International Symposium. 2006. - pp. 2391-2394.

4. SMA Submillimeter Array. - Internet page. - 2009. http://www.cfa.harvard.edu/sma/.

5. ALMA Atacama Large Millimeter Array. - Internet page. - 2009. http ://www. almaobservatory.org/index.php.

6. SOFIA Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy. - Internetpage. 2009. http://www.sofia.usra.edu/.

7. HERSCHEL. Internet page. - 2009. http://www.esa.int/scienee/herschel.

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

9. A Wide-band 760-GHz Planar Integrated Schottky Receiver / S. S. Gearhart, J. Hesler, W. L. Bishop, T. W. Crowe, and G. M. Rebeiz И IEEE Microwave and Guided Wave Lett. — 1993. — vol. 3. pp. 205-297.

10. John R. Tucker, Marc J. Feldman. Quantum detection at millimeter wavelengths // Rev. Mod. Phys. 1985. - vol. 57. - p. 1055.

11. Electromagnetic Radiation Mixer Based on Heating in Resistive State of

12. Superconductive Nb and YBaCuO Films / E. M. Gershenzon, G. N. Gol'tsman, Yu. P. Gousev, A. I. Elant'ev, and A. D. Semenov // IEEE Trans, on Mag. 1991. - vol. 27, no. 2. - pp. 1317-1320.

13. Intense Electromagnetic Radiation Heating of Electrons of a Superconductor in the Resistive State / E. M. Gershenzon, G. N. Gol'tsman, A. I. Elant'ev, B. S. Karasik, and S. E. Potoskuev // Sov. J. Temp. Phys. 1988. - vol. 14, no. 7. - pp. 414-420.

14. Terahertz-frequency waveguide NbN hot-electron bolometer mixer / J. Kawamura, C.Y.E. Tong, R. Blundell, D.C. papa, T.R. Hunter, F. Patt, G. Gol'tsman, and E. Gershenzon // IEEE Trans, on Appl. Supercond. 2001. -vol. 11.-pp. 952-954.

15. TELLIS Terahertz and submillimeter Limb Sounder. - Internet page. -2009. http://www.sron.nl/index.php? option=comcontent&task=view&id=2037&Itemid=1900

16. APEX Atacama Pathfinder Experiment. - Internet page. - 2009. http://www.apex-teiescope.org/

17. MHJIJIHMETP OH. — Internet page. 2009. http://www.asc.rssi.ru/millimetron/eng/millimeng.htm

18. Stability of Heterodyne Receivers / J.W. Kooi, J.J.A. Baselmans, A. Baryshev, R. Schieder, M. Hagenius, J.R. Gao, T.M. Klapwijk, B. Voronov and G. Gol'tsman // Journal of Applied Physics. 2006. - vol. 100, issue 6. - pp. 064904-064904-9.

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

20. Ю. M. Рейзер, А. В. Сергеев. Электрон-фононное взаимодействие в примесных металлах и сверхпроводниках // ЖЭТФ. 1986. - том. 90, №3. —стр. 1056-1090.

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

22. D. Prober. Superconducting terahertz mixer using a transition-edge microbolometer H Appl.Phys.Lett. 1993. - vol. 62, issue 17. - p. 2119.

23. Разогрев квазичастиц в сверхпроводящей пленке, находящейся врезистивном состоянии / Е. М. Гершензон, М. Е. Гершензон, Г. Н. Гольцман, А. Д. Семенов, А. В. Сергеев // Письма в ЖЭТФ. 1981 том 34, вып. 5. — стр. 281-285.

24. Разогрев электронов в резистивном состоянии сверхпроводника под действием электромагнитного излучения / Е. М. Гершензон, М. Е. Гершензон, Г. Н. Гольцман, А. Д. Семенов, А. В. Сергеев II ЖЭТФ. — 1984. — том. 86, вып. 2. — стр. 758-774.

25. Неселективное воздействие электромагнитного излучения на сверхпроводящую пленку в резистивном состоянии / Е. М. Гершензон, М. Е. Гершензон, Г. Н. Гольцман, А. Д. Семенов, А. В. Сергеев // Письма в ЖЭТФ. — 1982. том. 36, вып. 7. — стр. 241244.

26. Low-noise Terahertz Waveguide Hot-Electron Bolometer Heterodyne Receiver / С. E. Tong, J. Kawamura, R. Blundell, G. Gol'tsman, & E. Gershenzon // Proc. IEEE 7th Intl. Conf. on THz Electronics / Nara. -Japan: 1999.-pp. 44-47.

27. Optimization of MOVPE Grown 1пхА11хЯп0 53Ga04yAs Planar

28. N. R. Erickson. Low noise Submillimeter receivers Using Single-Diode Harmonic Mixers // Proc. IEEE 1992 - vol. 80, issue 11 - pp. 17211728.

29. J. R. Tucker. Quantum limited detection in tunnel junction mixers // IEEE J. Quantum Electron. 1979 — vol., issue 11 - pp. 1234 - 1258 .

30. J. R. Tucker and M. J. Feldman. Quantum detection at millimeter wavelength//Rev. Mod. Phys. 1985 - vol. 57, no. 4-pp. 1055-1113.

31. Design and characterization of 200-300 GHz fixed tuned SIS receiver I C.-Y. E. Tong, R. Blundell, S. Paine, D. C. Papa, J. Kawamura, X. Zhang, J. A. Stern, & H. G. LeDuc // IEEE Trans, on Micr. Theory and Tech. -1996 vol. 44, no. 9 - pp. 1548-1566.

32. A three photon noise SIS heterodyne receiver at submillimeter wavelength / A. Karpov, J. Blondel, M.Voss, and K.Gundlach I! IEEE Trans. Appl. Supercond. 1992 - vol. 9, issue 2 - pp. 4456-4459.

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

34. M. J. Wenglei: Submillimeter-Wave Detection with Superconducting Tunnel Diodes //Proc. IEEE- 1992 vol. 80, no. 11 - pp. 1810-1826.

35. Superconducting resonator circuits at frequencies above the gap frequency / G. de Lange, J. J. Kuipers, T. M. Klapwijk, R. A. Panhuyzen, H. van de Stadt, and M. W. M. de Graauw // J. Appl. Phys. 1995 - vol. 77, issue 4 -pp. 1795-1805.

36. Belitsky V., Tarasov M.A. SIS Junction Reactance Complete Compensation // IEEE Trans, on Magn. — 1991 vol. 27, issue 2 — pp. 2638-2641 .

37. V. Yu. Belitsky, E. L. Kollberg. Tuning circuit for NbN SIS mixer //iL

38. Proceedings of the 7 International Symposium on Space Terahertz Technology / University of Virginia. Charlottesville, VA, USA: 1996. -pp. 234.

39. Theory of Distributed Mixing and Amplification in a Superconducting Quasi-Particle Nonlinear Transmission Line / C.-Y. E. Tong, L. Chen, and R. Blundell // IEEE Trans, on MTT. 1997 - vol. 45, no. 7 - pp. 10861092.

40. Feldman, M. J. and Rudner, S. Mixing with SIS arrays // Rev. of. Infrared and Millimeter Waves — 1983 vol. 1 — pp. 47-75.

41. S. Maas. Microwave mixers // Artech House Boston, MA, USA: 1993 -pp. 237-313.

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

43. K. H. Gundlach and M. Schicke. SIS an bolometer mixers for terahertz frequencies // Supercond. Sci. and Technol. — 2000. — vol. 13. — pp. 171187.

44. An improved ITHz waveguide mixer / H. van de Stadt, A. Baryshev, J. R. Gao, H. Golstein, Th. De Graauw, W. Hulshoff, S. Kovtonyuk, H.

45. Schaeffer, N. Whyborn // Proceedings of the 7 International Symposium on Space Terahertz Technology / University of Virginia. Charlottesville, VA, USA: 1996. - p. 536-537.

46. Fabrication of Nb-SIS mixers with UHV evaporated A1 strip lines / J.R

47. Gao, S. Kovtonyuk, J.B.M. Jegers, P. Dieleman, T.M. Klapwijk, and H.iLvan de Stadt // Proceedings of the 7 International Symposium on Space Terahertz Technology / University of Virginia. Charlottesville, VA, USA: 1996.-p. 538-548.

48. Hot-electron effect in superconductors and its applications for radiation sensors / Alexei D Semenov, Gregory N Gol'tsman, and Roman Sobolewski // Supercond. Sci. Technol. -2002. vol. 15. - pp. R1-R16.

49. M. Tinkham. Introduction to Superconductivity // Dover Publications Inc. New York, NY, USA: 2004.

50. Relaxation between electrons and the crystalline lattice / M. L. Kaganov, I. M. Lifshitz, and L. V. Tanatarov // Sov. Phys. JETP 1957. - vol. 4. -pp. 173-178.

51. N. Perrin, C. Vanneste. Response of superconducting films to a perodic optical irradiation I I Phys. Rev. B 1983. - vol. 28. - pp. 5150-5160.

52. A. Frenkel. Mechanism of nonequilibrium optical response of high-temperature superconductors // Phys. Rev. B — 1993. vol. 48. - pp. 9717-9725.

53. Rigorous analysis of a superconducting hot-electron bolometer mixer:theory and comparison with experiment / R. S. Nebosis, A. D. Semenov,th

54. Yu. P. Gousev, and K. R Renk // Proceedings of the 7 International Symposium on Space Terahertz Technology / University of Virginia. -Charlottesville, VA, USA: 1996. p. 601-613.

55. Mixing and noise in diffusion and phonon cooled superconducting hot-electron bolometers / P. J. Burke, R. J. Schoelkopf, D. E. Prober, A. Skalare, B. S. Karasik, M. C. Gaidis, W. R. McGrath, B. Bumble, and

56. H. G. LeDuc II J. Appl. Phys.- 1999. vol. 85. - pp. 1644-1654.

57. R. L. Eisenhart and P. J. Kahn. Theoretical and Experimental Analysis of a Waveguide Mounting Structure II IEEE Trans. MTT. 1971. - vol. 19, issue 7.-pp. 706-719.

58. M. Hangstrom and E. Kolberg. Measurements of Embedding Impedance of Millimeter-Wave Diode Mounts // EEE Trans. MTT. 1980. - vol. 28-, issue 8.-pp. 899-904.

59. M. Pospieszalski and S. Weinreb. A method for measuring an equivalent circuit for waveguide mounted diodes // Proceedings of the 10th European Microwave Conference / Warsaw: 1980. p. 727.

60. John D. Krans, Ronald J. Marhefka. Antennas for All Applications // McGraw-Hill New York, NY, USA: 2002 - 3rd ed. - pp.

61. A 345 GHz SIS receiver for radio astronomy / B. N. Ellison, P. L. Schaffer, W. Schaal, D. Vail, and R. E. Miller // International JournaLon Infrared and Millimeter Waves 1989. - vol. 10, no. 8. - pp. 937-947.

62. D. E Filipovic. Double-slot antennas on extended hemispherical and elliptical silicon dielectric lenses // IEEE Trans, on MTT. 1993. - vol. 41, no. 10.-pp. 1738-1749.

63. A. Papoulis. Probability, Random Variables and Stochastic Processes // McGraw-Hill New York, NY, USA: 1991 - 3rd ed. - p. 214.

64. Sanguine, S.J.; Whitehouse, J.E. The sampling theorem-a tutorial I IIEE Colloquium on Mathematical Aspects of Digital Signal Processing. -1994.-pp. 1/1-1/6.

65. Abdul J. Jerry. The Shannon Sampling Theorem-Its Various Extensions and Applications: A Tutorial Review // Proc. IEEE. 1977. — vol. 65, no.1. И-p. 1565.

66. D. A. Linden. A discussion of Sampling Theorems // Proc. IRE. 1959 -p. 1219.

67. R. H. Dicke. The Measurement of Thermal Radiation at Microwave Frequencies // The Review of Scientific Instruments. 1946. - vol. 17, no. 7.-pp. 268-275.

68. R. Schieder, C. Kramer. Optimization of Heterodyne Observation Using Allan Variance Measurements // A&A. 2001. - vol. 373. - pp. 746-756.

69. D. W. Allan. Statistics of Atomic Frequency Standards // Proc. IEEE. -1966.-vol. 54.-p. 221-231.

70. K. Rohlfs, T. L. Wilson. Tools of Radio Astronomy // Springer, New York, NY, USA: 2000 4th ed. - pp. 62-64.

71. Stability of heterodyne terahertz receivers / J.W. Kooi, J. J. A. Baselmans, A. Baryshev, R. Schieder, M. Hajenius, J. R. Gao, Т. M. Klapwijk, B. Voronov, and G. Gol'tsman // J. Appl. Phys. 2006. — vol. 100. - p. 064904-064913.

72. F. Tomsen. On the resolution of Dicke-type radiometers // IEEE Trans, on MTT. 2004. - vol. 32, no. 2. - pp. 145-151.

73. The Cologne Acousto Optical Spectrometers / R. Schieder, V. Tolls, G.

74. Winnewisser И Experimental Astronomy. — 1989. — vol. 1, no. 2. pp. 101-121.1.ternet page. 2009. http://spec.jpl.nasa.gov/.

75. Millimeter mixing and detection in bulk InSb / F. Arams, C. Allen, B. Peyton, and E. Sard // Proc. IEEE. 1966. - vol. 54, no. 4. - pp. 212-222.

76. B. S. Karasik, A. I. Elantiev. Analysis of the Noise Performance of the Hot-Electron Superconducting Bolometer Mixer // Proceedings of the 6th International Symposium on Space Terahertz Technology / Caltech. -Pasadena, CA, USA: 1995. pp. 229-246.

77. Conversion Gain and Noise of Niobium Superconducting Hot-Electron Mixers / H. Ekstom, B.S. Karasik, E.L. Kollberg and K.S. Yngvesson // IEEE Trans, on MTT. 1995. - vol. 43, no. 4. - pp. 938-948.

78. Noisewave. Internet page. - 2009. http://www.noisewave.com.

79. Напряжение на втором умножителе частоты содержит 1/f шум, что указывает на один возможный источник этого шума на выходе приемника.0