Интегральный квантовый приемник субмм волн на основе сверхпроводниковых наногетероструктур

1. Разработана методика изготовления сверхпроводниковых туннельных переходов площадью 0.8 – 1 мкм2 со сверхтонкими туннельными барьерами (до 1нм), что соответствует плотности тока порядка 20 кА/см2. На этой основе создана технология изготовления многослойных сверхпроводниковых интегральных СВЧ микросхем с рабочими частотами до 0.7 ТГц на основе высококачественных туннельных переходов Nb-AlOx-Nb и Nb-AlN-NbN.
2. Разработаны методы для численного моделирования интегральных сверхпроводниковых структур, создан пакет прикладных программ для расчета параметров сверхпроводниковых приемных устройств. Разработана серия тестовых интегральных структур, необходимых для определения полного набора характеристических параметров тонких сверхпроводящих пленок и туннельных переходов. Проведен численный расчет влияния импеданса ПЧ тракта на шумовые характеристики СИС-смесителя. Рассчитаны и спроектированы интегральные микросхемы для исследования свойств сверхпроводникового генератора гетеродина с рабочей частотой до 700 ГГц.
3. Изготовлены экспериментальные образцы микросхемы субмм приемника на основе сверхпроводниковых наногетероструктур на основе высококачественных туннельных переходов Nb-AlOx-Nb и Nb-AlN-NbN с точностью совмещения слоев и элементов на схеме менее 1 мкм.
4. В частотном диапазоне 300-750 ГГц исследованы свойства и измерена линия излучения сверхпроводникового генератора гетеродина (СГГ). В результате оптимизации топологии СГГ получена спектральная ширина линии генерации менее 5 МГц в диапазоне 400 – 700 ГГц, что позволило реализовать режим фазовой автоподстройки частоты и получить спектральное качество СГГ в режиме ФАПЧ более 50% .
5. Проведено исследование СВЧ микросхемы интегрального квантового приемника субмм волн на основе сверхпроводниковых наногетероструктур, которая включает в себя СИС-смеситель с планарной сверхпроводниковой приемной антенной, сверхпроводниковый генератор гетеродина и гармонический смеситель для фазовой синхронизации частоты гетеродина. В диапазоне 400 – 700 ГГц достигнуто согласование гетеродина и смесителей приемника, позволяющее реализовывать его штатную работу в режиме ФАПЧ СГГ. Измерена шумовая температура приемника менее 150 К при разрешении по частоте лучше 1 МГц