ПОЛОСА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КВАЗИОПТИЧЕСКОГО NBN НЕВ СМЕСИТЕЛЯ С ДВУМЯ КАНАЛАМИ ОХЛАЖДЕНИЯ
Параметры исследуемых НЕВ смесителей
Для исследования полосы преобразования при температуре сверхпроводящего перехода авторами были изготовлены партии НЕВ смесителей по in situ технологии описанной в гл. 2. При этом длины смесительных элементов варьировались в пределах от 0,12 мкм до 0,35 мкм с шагом примерно 0,05 мкм. Ширина смесительных элементов была в 10 раз больше длины. При этом сопротивление смесителя равнялось 50 Ом (поверхностное сопротивление прленки NbN толщиной 3,5 нм примерно равно 500 Ом). Характеристики некоторых из исследованных смесителей представлены в табл. 3. Следует отметить, что сопротивления смесительных чипов складываются из сопротивления антенны, которое составляет всего 1—2 Ома, и сопротивления самого смесительного элемента. Таким образом, из таблицы видно, что сопротивления смесителей довольно сильно отличаются от значения 50 Ом. Можно указать несколько причин этого отличия.
В колонках табл. 3 указаны (слева направо): номер смесителя; длина смесительного элемента, измеренная при помощи сканирующего электронного микроскопа; ширина смесительного элемента, измеренная при помощи сканирующего электронного микроскопа; критическая температура; критический ток при 4,2 К; критическая плотность тока при 4,2 К; сопротивление при 300 К; длина смесительного элемента, расчитанная исходя из сопротивления при 300 К, измеренной ширины, поверхностного сопротивления NbN 500 Ом и сопротивления антенны 2 Ома; измеренное значение ширины полосы преобразования; значение ширины полосы преобразования, расчитанное по формуле (51) (см. ниже) с использованием данных колонки 2
Таблица 3
Параметры некоторых исследуемых смесителей для измерения полосы преобразования
|
Смеситель |
1 mess’ мкм |
мкм |
ГЛ |
мкА |
Jc, хЮ6, А/см2 |
^300’ 0м |
lcomp’ МКМ |
в..„. ГГц |
В , сотр’ ГГц |
|
1126/1 #12 |
0,332 |
2,4 |
11,5 |
554 |
6,60 |
92 |
0.594 |
3 |
3,5 |
|
1126/1 #15 |
0,347 |
2,4 |
11,5 |
585 |
6,96 |
98 |
0.461 |
3.5 |
3,5 |
|
1126/1 #16 |
0,157 |
2,4 |
11.3 |
578 |
6,88 |
64 |
0.166 |
6 |
5,4 |
|
1126/1 #17 |
0,167 |
2,4 |
11,5 |
498 |
5,93 |
60 |
0.197 |
5 |
5,2 |
|
130В/2#16 |
0,176 |
1,9 |
8,9 |
175 |
2,63 |
76 |
0.281 |
4,2 |
4,9 |
|
1306/2#23 |
0,196 |
1,9 |
9,8 |
200 |
3,01 |
85 |
0.315 |
4,5 |
4,6 |
|
1306/2#33 |
0,112 |
1 |
9,1 |
132 |
3,77 |
107 |
0.210 |
6,5 |
7,8 |
|
1306/1 #8 |
0,216 |
2 |
9 |
106 |
1,51 |
99 |
0,388 |
3,8 |
4,3 |
|
1306/1 #7 |
0,216 |
2 |
8,3 |
103 |
1,47 |
105 |
0,412 |
3 |
4,3 |
|
684#6 |
0,320 |
4 |
9 |
230 |
1,64 |
74 |
0,576 |
4 |
3,6 |
|
1126/2#4 |
0,200 |
1.5 |
10,6 |
280 |
5,33 |
136 |
0,402 |
6,2 |
4,5 |
1) Оценки длины смесительного элемента с использованием значения сопротивления на квадрат для пленок толщиной 3,5 нм и поперечных размеров (ширины) смесителей по формуле:
/ = w ^зоо_ (45)
lcomp rv meas г>
показывают, что, по-видимому, реальная длина смесителей может быть несколько больше, чем определяемая при помощи электронного микроскопа, что является результатом небольшого подтрава in situ золота при формировании рабочей области смесителя.
2) Свойства пленки NbN на краях подложки отличаются от свойств пленки в центре подложки. Пленка на краях несколько тоньше, поэтому ее поверхностное сопротивление выше:
ncentre Л
AS __ edge nedge ~ J 7S “centre
(46)
где d — толщина пленки. Соотношение (46) предполагает, что удельное сопротивление пленки одно и то же по всей площади подложки, что, вообще говоря, не так. Поэтому, даже если толщина одинакова, состав пленки (соотношение Nb и N) может быть разным для центра подложки и для ее края.
- 3) Толщина пленки во время нанесения контролируется по времени и известной скорости нанесения. Поскольку речь идет о толщинах в несколько атомных слоев, то небольшая погрешность в определении времени приводит к большой относительной погрешности в толщине пленки.
- 4) Поскольку антенна делается в exsitu процессе (см. гл. 2), возможно наличие остатков резиста между in situ золотом и Ti, что приводит к увеличению контактного сопротивления.
Как видно из таблицы, критические температуры смесителей в партии 1261/1 выше критических температур сместителей в партии 1306/2 примерно в 1,2 раза; критические плотности тока отличаются примерно в 2,5 раза. В рамках теории БКШ, критическая плотность тока и критическая температура пропорциональны энергетической щели при нулевой температуре:
Тс 4(0)
( Т "I (47)
Л(П-д(0)/ - L
1 с J
поэтому неудивительно, что они меняются одинаково (различие в коэффициентах 1,2 и 2,5 может быть связано с тем, что (47) есть в сущности результат модели, поэтому реальная ситуация может быть несколько другой). Причина же различия температур (и критических плотностей тока) носит, по-видимому, технологический характер и не может быть полностью устранена в виду ряда неконтролируемых факторов. Несмотря на различие в критических температурах, результаты, приведенные в табл. 3, не зависят от нее, так как х в (50) при Т определяется главным образом временем ухода неравновесных фононов в подложку т.5с, поэтому отличие критических температур несущественно. Это еще одна причина, по которой измерения ширины полосы преобразования проводились при Т.
