氮化铌纳米线光学特性

氮化铌(NbN)纳米线是超导纳米线单光子探测器(SNSPD)常用的光敏材料,其光学性质是影响SNSPD性能的关键因素.本文结合实验数据和仿真结果,系统研究了多种NbN超导纳米线探测器器件结构的光学特性,表征了以下四种器件结构下的反射光谱以及透射光谱:1)双面热氧化硅衬底背面对光结构;2)双面SiN硅衬底背面对光结构;3)硅衬底上以金层+SiN缓冲层为反射镜的正面对光结构;4)以分布式布拉格反射镜(DBR)为衬底的正面对光结构.并在上述四种器件结构基础上,生长了不同厚度的NbN薄膜,观察不同厚度NbN薄膜的吸收效率.经分析,发现在不同器件结构下的最佳NbN厚度与光吸收率的关系如下:双面热氧化硅衬底上的NbN层在1606 nm处最大吸收率为91.7%,其余结构在最佳NbN厚度条件下吸收率都能达到99%以上.其中双面SiN的硅衬底结构中最大吸收率为99.3%, Au+SiN为99.8%, DBR为99.9%.最后,将DBR器件实测结果与仿真结果进行了差异性分析.这些结果对高效率SNSPD设计与研制具有指导意义.     

超导HEB的I-V特性模拟

超导热电子测热辐射仪(Superconducting Hot-electron Bolom eter,HEB)是一种检测器件,可以对1THz以上的电磁辐射进行高灵敏度的检测。该工作是利用双温模型,假设电子和声子各自处在平衡态,但具有不同的温度,根据热平衡原理,计算出电子和声子温度在HEB桥上的分布,得到桥两端的电压值,从而得出器件的I-V特性。分析了实验环境温度,转变宽度和薄膜厚度对器件I-V的要求,并与实验测量的结果相比较,为进一步研究超导HEB的混频特性打下基础。     

Growth and Characterization of a Kind of Nitrogen-Rich Niobium Nitride for Bolometer Applications at Terahertz Frequencies

Niobium is sputtered onto a single crystalline silicon substrate in N2：Ar=4：1 gas mixture at the total pressure of 2 Pa. The temperature coefficient of resistance of the sample is about 0.5% at 30OK, and up to 7% at 77K, indicating the possibility of using it to make room-temperature bolometers with performances better than those based on Pt, Bi, or Nb. For a 60-nm-thick sample, the rms surface roughness is 0.45nm over an area of 2 μm × 2 μm. Analyses based on x-ray diffraction and x-ray photoelectronic spectroscopy indicate that the samples are Nb5N6 thin films in which there is a combination of Nb^3＋ and Nb^5＋, or Nb^4＋.     

(α, β)- 空间中的Killing 向量场

本文证明了非Riemannian (α, β)- 空间中的Killing 向量场最大维数是n(n - 1)/2 + 1. 并且给出了具有最大维数Killing 向量场的非Riemannian (α, β)- 空间的度量形式. 最后, 若进一步假定α 是一个齐性Riemannian 度量, 则可确定(α, β)- 空间的第二空隙. 最后给出几个低维流形上Killing 场空间维数的例子, 这表明在(α, β) 情形下Killing 场空间维数的空隙被压缩.     

Nb/A1-AlO_X/Nb隧道结的制备研究

通过改进RIE的刻蚀工艺和绝缘层的生长工艺,在SiO2/Si衬底上制备出了性能良好的超导Nb/A1-AlOX/Nb隧道结。采用CF4作为刻蚀气体,降低了RIE对结势垒层和衬底SiO2层的刻蚀。使用PECVD生长绝缘层SiO2,改善了绝缘性能,从而降低了隧道结的漏电流。     

YBCO超导薄膜的等离子体氟化研究

本文利用ＣＦ４气体，对ＹＢＣＯ薄膜表面进行可控的ｒｆ等离子体氟化处理，ＡＦＭ与ＸＰＳ的分析结果表明：适当的氟化所起的作用主要为化学反应作用。氟化可造成Ｙ（３ｄ）与Ｏ（１ｓ）诸元素的本征峰相对强度减少，甚至消失；对Ｂａ（３ｄ），Ｂａ（４ｄ）和其它元素也有影响。本文的研究为利用等离子体氟化ＹＢＣＯ膜形成弱化势垒层提供了初步结果。     

超导约瑟夫森结在频谱信息检测中的应用

开展了利用超导约瑟夫森效应进行频谱检测的研究。利用小型制冷机得到液氮温区环境,并使探测系统小型化、智能化。利用DSP系统进行数据采集、信号处理及对整个测量系统的控制。改进后的系统检测了约100GHz微波辐照的响应,展示了超导约瑟夫森结在频谱信息检测中的优越性。     

Si衬底上磁控溅射法生长MgO薄膜

我们用射频磁控溅射方法,在Si(100)单晶衬底上生长MgO薄膜,借助X射线衍射(XRD)分析发现,我们获得了两种不同晶体结构的MgO薄膜,分别是常规的晶格常数为0.421nm的MgO薄膜和晶格常数为0.812nm的新结构的MgO薄膜.我们研究了溅射气压、衬底温度等工艺参数对两种晶体结构择取的影响.实验表明,高的溅射气压和高的衬底温度有利于晶格常数为0.812nm的新结构的MgO相的形成.在高的气压和温度下,我们制备出了晶格常数为0.812nm,具有很好的4次对称性的MgO外延薄膜.利用原子力显微镜(AFM)研究了这种薄膜的表面形貌.     

反应离子刻蚀与离子刻蚀方法的研究与比较

在制备所有的NbN超导隧道结的过程中,为了得到良好的隧道结,刻蚀是很关键的一步,我们对反应离子刻蚀(RIE)和离子刻蚀两种不同的方法进行了研究比较.通过对多层结构用三种不同的方法刻蚀,再进行SEM观察切面图像,发现离子刻蚀出来的薄膜边缘,与离子源与基片摆放的方向有很大的关系,而RIE刻蚀的结区边缘较为平缓且结果稳定,有利于我们制备更好质量的超导隧道结.     

高Tc超导薄膜/砷化镓场效应器件混合微波振荡器的研制

研制了一种高T_c超导薄膜/砷化镓场效应器件混合的微波振荡器,整个电路采用微带电路形式,制备在一片10mm×15mm的YBa₂Cu₃O_7-δ超导薄膜上。该振荡器采用共源和栅结串联反馈电路结构,以GaAs MESFET(NE72084)为负阻元件,利用高品质因数的超导微带谐振器作为稳频元件。通过提高谐振器的品质因数和调节它与MESFET的耦合强度,降低了振荡器的相位噪声。相位噪声在偏离载频(10.6GHz)为10kHz时达到-87dBc/Hz。