Чулкова, Г. М., Корнеев, А. А., Смирнов, К. В., & Окунев, О. В. (2012). Энергетическая релаксация в примесных металлах, двумерном электронном газе в AlGaAs-GaAs, сверхпроводниковых пленках NbN и детекторы субмиллиметрового и ик излучения на их основе. Прометей, МПГУ.
Abstract: Монография посвящена обзору исследований влияния эффектов электронного беспорядка на электронное взаимодействие в металлах, сверхпроводниках, полупроводниках, а также в различных низкоразмерных структурах. Актуальность поднятых в монографии вопросов определяется интенсивным развитием нанотехнологий, созданием новых наноструктурированных материалов и уникальных наноэлементов для электроники и фотоники. Упругое электронное рассеяние на границах наноструктур качественно меняет взаимодействие электронов с фонолами, что, безусловно, должно учитываться при проектировании соответствующей элементной базы. Прикладная часть работы посвящена контролируемой модификации электронных процессов для оптимизации новых наносенсоров на основе электронного разогрева в сверхпроводниковых и полупроводниковых структурах. Монография предназначена для студентов старших курсов, аспирантов и начинающих следователей, работающих в области сверхпроводниковой наноэлектроники.
|
Смирнов, К. В. (2009). Создание приборов на сверхпроводниковых счетчиках фотонов и методов диагностики КМОП микросхем, гетероструктур и лазеров на квантовых точках. Министерство образования и науки РФ.
Abstract: Этап №1 (дата окончания: 30.09.2009)
Разработана методика изготовления сверхпроводниковых однофотонных детекторов (SSPD) с монокристаллической структурой пленки сверхмалой толщины. Изготовлены экспериментальные образцы сверхпроводниковых однофотонных детекторов (SSPD). Разработана методика пакетирования сверхпроводникового однофотонного детектора в оптический узел с одномодовым оптоволокном. Изготовлены экспериментальные образцы приемных модулей на основе однофотонных сверхпроводниковых детекторов из NbN-нанопленок.
Этап №2 (дата окончания: 28.10.2009)
Разработаны методы диагностики КМОП микросхем, гетероструктур и лазеров на квантовых точках и методика измерения мощности излучения полупроводниковых лазеров на квантовых точках с использованием сверхпроводниковых однофотонных детекторов (SSPD). Проведена технико-экономическая оценка рыночного потенциала полученных результатов.
|
Смирнов, К. В. (2000). Энергетическая релаксация электронов в 2D-канале гетеропереходов GAAS/ALGAAS и транспортные процессы в структурах полупроводник-сверхпроводник на их основе. Ph.D. thesis, , .
Abstract: Диссертация посвящена изучению электрон-фононного взаимодействия в двумерном электронном газе, образующемся на границе раздела полупроводников AlGaAs и GaAs, а также созданию на основе гетероперехода GaAs/AlGaAs и сверхпроводника NbN гибридных структур сверхпроводник-полупроводник-сверхпроводник и изучению их электрофизических свойств.
|
Селиверстов, С. В., Финкель, М. И., Рябчун, С. А., Воронов, Б. М., Каурова, Н. С., Селезнев, В. А., et al. (2014). Терагерцевый сверхпроводниковый детектор с аттоджоулевым энергетическим разрешением и постоянной времени 25 пс. In Труды XVIII международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника» (Vol. 1, pp. 91–92).
Abstract: Представлены результаты измерения энергетического разрешения терагерцевого сверхпроводникового NbN-детектора на эффектеэлектронного разогрева, работающего при температуре около 10 К. Использование инновационной in situ технологии производства привело к существенному улучшению чувствительности детектора. Увеличение быстродействия детектора было достигнуто за счет реализации дополнительного диффузионного канала охла-ждения электронной подсистемы. Измеренное значение эквивалентной мощности шума на частоте 2.5 ТГц составило 2.0×10-13Вт•Гц-0.5, постоянной времени 25 пс. Соответствующее расчетное значение энергетического разрешения составило 2.5 аДж.
|
Корнеев, А. А., Окунев, О. В., Чулкова, Г. М., Смирнов, К. В., Милостная, И. И., Минаева, О. В., et al. (2015). Спонтанные и фотоиндуцированные резистивные состояния в узких сверхпроводящих NbN полосках. МПГУ.
Abstract: Монография посвящена актуальной проблеме современной фотоники: разработке высокочувствительных и быстродействующих сверхпроводниковых однофотонных детекторов на основе тонкой пленки NbN. В работе исследуются неравновесные процессы, протекающие в тонкой сверхпроводящей пленке после поглощения инфракрасного фотона и приводящие к возникновению резистивного состояния. На этих процессах основан механизм фотоотклика исследуемого в работе однофотонного детектора. В частности, исследуются зависимости квантовой эффективности и скорости темнового счета от геометрических параметров детектора: толщины пленки, ширины полоски, а также от величины транспортного тока детектора. Монография предназначена для студентов старших курсов, аспирантов и начинающих исследователей, работающих в области сверхпроводниковой наноэлектроники и радиофизики.
|
Корнеев, А. А., Минаева, О., Рубцова, И., Милостная, И., Чулкова, Г., Воронов, Б., et al. (2005). Сверхпроводящий однофотонный детектор на основе ультратонкой пленки NbN. Квантовая электроника, 35(8), 698–700.
Abstract: Представлены результаты исследований сверхпроводящих однофотонных детекторов, изготовленных из ультратонкой пленки NbN. Развитие технологического процесса изготовления детекторов, а также снижение рабочей температуры до 2 К позволили существенно увеличить квантовую эффективность: для видимого света (λ = 0.56 мкм) она составила 30%–40%, т.е. достигла предела, определяемого коэффициентом поглощения пленки. С ростом длины волны квантовая эффективность экспоненциально падает, составляя ~20% на λ=1.55 мкм и ~0.02% на λ = 5 мкм. При скорости темнового счета ~10-4s-1 экспериментально измеренная эквивалентная мощность шума составила 1.5 × 10-20 Вт/Гц-1/2; в дальнейшем она может быть уменьшена до рекордно низкого значения 5 × 10-21 Вт/Гц-1/2. Временное разрешение детектора равно 30 пс.
|
Вахтомин, Ю. Б., Антипов, С. В., Масленников, С. Н., Смирнов, К. В., Поляков, С. Л., Чжан, В., et al. (2006). Квазиоптические смесители терагерцового диапазона на основе эффекта разогрева электронов в тонких пленках NbN. In Proc. 16th Int. Crimean Microwave and Telecommunication Technology (Vol. 2, pp. 688–689).
Abstract: Представлены результаты измерения рактеристик смесителей на эффекте разогрева электронов в тонких сверхпроводниковых пленках NbN. Смесители были изготовлены на основе пленок NbN толщиной 2-3.5 нм осажденных на кремниевую подложку с буферным подсло- ем MgO. Смесительный элемент согласовывался с планар- ной логопериодической спиральной антенной. Лучшее зна- чение шумовой температуры приемника на основе NbN смесителя составило 1300 К и 3100 К на частотах гетеро- дина 2.5 TГц и 3.8 ТГц, соответственно. Максимальное зна- чение полосы преобразования, измеренной на частоте 900 |Ц, достигло значения 5.2 ГГц для смесителя изготовлен- ного из NbN пленки толщиной 2 нм. Оптимальная мощность Представлены результаты измерения ха- гетеродинного источника составила 1-3 мкВт для смесите- лей с различным объемом смесительного элемента.
|
Zorin, M., Milostnaya, I., Gol'tsman, G. N., & Gershenzon, E. M. (1997). Fast NbN superconducting switch controlled by optical radiation. IEEE Trans. Appl. Supercond., 7(2), 3734–3737.
Abstract: The switching time and the optical control power of the NbN superconducting switch have been measured. The device is based on the ultrathin film 5-8 nm thick patterned as a structure of several narrow parallel strips (/spl sim/1 /spl mu/m wide) connected to wide current leads. The current-voltage characteristic of the switch at temperature 4.2 K demonstrated a hysteresis due to DC current self-heating. We studied the superconducting-to-resistive state transition induced by both optical and bias-current excitations. The optical pulse duration was /spl sim/20 ps and the rise time of the current step was determined to be less than 50 ps. The optical pulse was delivered to the switch by the semiconductor laser through an optical fiber. We found that the measured switching time is less than the duration of the optical excitation. The threshold optical power density does not exceed 3/spl middot/10/sup 3/ W/cm/sup 2/. The proposed device can be used in the fiber input of LTS rapid single flux quantum circuits.
|
Zolotov, P., Semenov, A., Divochiy, A., & Goltsman, G. (2021). A comparison of VN and NbN thin films towards optimal SNSPD efficiency. IEEE Trans. Appl. Supercond., 31(5), 1–4.
Abstract: Based on early phenomenological ideas about the operation of superconducting single-photon detectors (SSPD or SNSPD), it was expected that materials with a lower superconducting gap should perform better in the IR range. The plausibility of this concept could be checked using two popular SSPD materials – NbN and WSi films. However, these materials differ strongly in crystallographic structure (polycrystalline B1 versus amorphous), which makes their dependence on disorder different. In our work we present a study of the single-photon response of SSPDs made from two disordered B1 structure superconductors – vanadium nitride and niobium nitride thin films. We compare the intrinsic efficiency of devices made from films with different sheet resistance values. While both materials have a polycrystalline structure and comparable diffusion coefficient values, VN films show metallic behavior over a wide range of sheet resistance, in contrast to NbN films with an insulator-like temperature dependence of resistivity, which may be partially due to enhanced Coulomb interaction, leading to different starting points for the normal electron density of states. The results show that even though VN devices are more promising in terms of theoretical predictions, their optimal performance was not reached due to lower values of sheet resistance.
|
Zolotov, P., Divochiy, A., Vakhtomin, Y., Moshkova, M., Morozov, P., Seleznev, V., et al. (2018). Photon-number-resolving SSPDs with system detection efficiency over 50% at telecom range. In Proc. AIP Conf. (Vol. 1936, 020019).
Abstract: We used technology of making high-efficiency superconducting single-photon detectors as a basis for improvement of photon-number-resolving devices. By adding optical cavity and using an improved NbN superconducting film, we enhanced previously reported system detection efficiency at telecom range for such detectors. Our results show that implementation of optical cavity helps to develop four-section device with quantum efficiency over 50% at 1.55 µm. Performed experimental studies of detecting multi-photon optical pulses showed irregularities over defining multi-photon through single-photon quantum efficiency.
|
Zolotov, P. I., Vakhtomin, Y. B., Divochiy, A. V., Seleznev, V. A., & Smirnov, K. V. (2016). Technology development of resonator-based structures for efficiency increasing of NBN detectors of IR single photons. Proc. 5th Int. Conf. Photonics and Information Optics, , 115–116.
Abstract: This paper presents a technology of fabrication of NbN superconductive single- photon detectors, using resonator structures. The main results are related to optimization of the process of NbN sputtering over substrate with metallic mirrors and SiO 2 /Si 3 N 4 layers /4 thick. Investigation of the quantum efficiency of fabricated devices at 1.6 K on 1.55 μm showed triple-magnified value compared to standard Si/NbN structures.
|
Zolotov, P. I., Semenov, A. V., Divochiy, A. V., Goltsman, G. N., Romanov, N. R., & Klapwijk, T. M. (2021). Dependence of photon detection efficiency on normal-state sheet resistance in marginally superconducting films of NbN. IEEE Trans. Appl. Supercond., 31(5), 1–5.
Abstract: We present an extensive set of data on nanowire-type superconducting single-photon detectors based on niobium-nitride (NbN) to establish the empirical correlation between performance and the normal-state resistance per square. We focus, in particular, on the bias current, compared to the expected depairing current, needed to achieve a near-unity detection efficiency for photon detection. The data are discussed within the context of a model in which the photon energy triggers the movement of vortices i.e. superconducting dissipation, followed by thermal runaway. Since the model is based on the non-equilibrium theory for conventional superconductors deviations may occur, because the efficient regime is found when NbN acts as a marginal superconductor in which long-range phase coherence is frustrated.
|
Zolotov, P. I., Divochiy, A. V., Vakhtomin, Y. B., Morozov, P. V., Seleznev, V. A., & Smirnov, K. V. (2017). Development of high-effective superconducting single-photon detectors aimed for mid-IR spectrum range. In J. Phys.: Conf. Ser. (Vol. 917, 062037).
Abstract: We report on development of superconducting single-photon detectors (SSPD) with high intrinsic quantum efficiency in the wavelength range 1.31 – 3.3 μm. By optimization of the NbN film thickness and its compound, we managed to improve detection efficiency of the detectors in the range up to 3.3 μm. Optimized devices showed intrinsic quantum efficiencies as high as 10% at mid-IR range.
|
Zhang, W., Li, N., Jiang, L., Miao, W., Lin, Z. - H., Yao, Q. - J., et al. (2007). Noise behaviour of a THz superconducting hot-electron bolometer mixer. Chinese Phys. Lett., 24(6), 1778–1781.
Abstract: A quasi-optical superconducting NbN hot-electron bolometer (HEB) mixer is measured in the frequency range of 0.5–2.5 THz for understanding of the frequency dependence of noise temperature of THz coherent detectors. It has been found that noise temperature increasing with frequency is mainly due to the coupling loss between the quasi-optical planar antenna and the superconducting HEB bridge when taking account of non-uniform distribution of high-frequency current. With the coupling loss corrected, the superconducting HEB mixer demonstrates a noise temperature nearly independent of frequency.
|
Zhang, W., Miao, W., Zhong, J. Q., Shi, S. C., Hayton, D. J., Vercruyssen, N., et al. (2014). Temperature dependence of the receiver noise temperature and IF bandwidth of superconducting hot electron bolometer mixers. Supercond. Sci. Technol., 27(8), 085013 (1 to 5).
Abstract: In this paper we study the temperature dependence of the receiver noise temperature and IF noise bandwidth of superconducting hot electron bolometer (HEB) mixers. Three superconducting NbN HEB devices of different transition temperatures (Tc) are measured at 0.85 THz and 1.4 THz at different bath temperatures (Tbath) between 4 K and 9 K. Measurement results demonstrate that the receiver noise temperature of superconducting NbN HEB devices is nearly constant for Tbath/Tc, less than 0.8, which is consistent with the simulation based on a distributed hot-spot model. In addition, the IF noise bandwidth appears independent of Tbath/Tc, indicating the dominance of phonon cooling in the investigated HEB devices.
|
