超导NbN、NbTi薄膜及其相关器件的制备研究

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1、毕业论文题目：塑昱鲢垒鲢!鲢垒!i蓥壁丛甚担苤墨生丝型叠堑壅无线电物理专业2啷级硕士生姓名：摘要超导热电子混频器(HEB)具有所需本振功率低，工作频率不受超导能隙频率的限制等优点，在倍受关注的0．I～6THz频段具有无可比拟的优势。所以在天文应用，大气臭氧层检测，以及THz检测成像等方面具有广泛的应用。本论文的主要工作是研究制备超导NbN、NbTi薄膜材料，并基于这些超导薄膜材料设计和制备声子制冷型的HEB混频器。NbN、NbTi薄膜制备及性能研究采用磁控溅射技术，通过对不同溅射气压和溅射气体的混合比例的研究，

2、在单晶Si衬底上制备了4．8rim不同厚度的超薄超导NbN薄膜。4nm的NbN薄膜，超导转变温度正。为7．1K，超导临界电流密度达到了1064／c聊2量级。在溅射研究制备NbN薄膜的同时，利用一块纯度为99．9％，Nb和Ti的质量比是53：47的靶材。系列研究制备了不同厚度的超导NbTi超薄薄膜。通过不断的改进制备工艺，制备出6．5nm超薄NbTi薄膜，其乃。达到6．8K。以达到106A／cm2量级。试验中发现，由于NbTi材料的亲氧特性。随着时间的推移，NbTi薄膜的超导特性会迅速下降。为了解决这一问题，在N

3、bTi薄膜的表面制备了一层绝缘的A1N薄膜，用以隔绝NbTi薄膜与空气的接触。改进之后的NbTi薄膜的超导性质不再随时间改变，而且z。还有所提高。6．5nrn厚，覆盖有lnmAlN的NbTi薄膜的Z。达到了7．1K。为下一步制备NbTiHEB器件提供了准备。IIIIIPIIJIIIIrllllIIIIIIFIIIY2372904HEB器件的性能测试根据NbN超薄薄膜的超导特性，设计了NbNHEB器件，并通过电子束曝光技术，反应离子束刻蚀技术(RIE)，光刻技术等工艺，制备出NbNHEB器件。在NbNHEB器件的

4、关键工艺一微桥制备中，在电极制备前，通过增加离子清洗工艺，改善TNbN微桥的制备质量，获得边缘整齐清晰的0．4x41．tm2的微桥结构。保证了NbNHEB器件的性能指标。在成功制备出NbNHEB器件之后，采用直流电压源偏置电路，测量了HEB的IV曲线。利用实验室搭建的HEB噪声温度测量系统。测量了NbNHEB器件的噪声温度。NbNHEB对于外来的高频信号具有很高的灵敏度。在1．6THz时。噪声温度可以达到1668K。关键字：磁控溅射；超导NbN薄膜；超导NbTi薄膜；A1N薄膜；NbNHEB器件THESIS：R

5、esearchonSuperconductingNbN，NbTiFilmsPreparationandRelatedDevicesSPECIALIZATION：RadioPhysicsPOSTGRADUATE：LiuXiaoyu^伍NTOR：ProfessorKangLinAbstractSuperconductinghotelectronmixer(HEB)hasauniqueadvantageintheattractive0．1～6THzbandbecauseofitslowlocalpowerrequir

6、ementsandunlimitedoperming矗equencytosuperconductingenergygap．Therefore，ithasawiderangeofapplicationsinastronomy，atmosphericozonedetection，anddetectionofTHzimaging．ThemainworkinthisthesisistostudythefabricationofsuperconductingNbN，NbTithinfilm，andthedesignand

7、preparationofthephononcooledHEBmixersbasedonthesuperconductingthinfilms．ThefabricationandPropertiesofNbN，NbTiThinFilmsUsingMagnetronspuReringtechnology，wefabricated4-8nmultra-thinsuperconductingNbNfilmsonsinglecrystalSisubstrateswithdifferentsputteringpressu

8、reanddifferentmixingratioofgases．Forthe4nmthickNbNfilms，thesuperconductingtransitiontemperature(Tc0)was7．1K，superconductingcriticalcurrentdensityreachedtheorderof106A／cm2．InadditiontoSputteringo