УДК 621.382:538.945
ЯКОПОВ Г.В., БУДНИК Н.Н.,

ЛЕБЕДЕВА Т.С., ШПИЛЕВОЙ П.Б.
ЭФФЕКТ БЛИЗОСТИ В СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ТУННЕЛЬНЫХ
ПЕРЕХОДАХ
Специальная астрофизическая обсерватория
Российской академии наук, 369167, КЧР, Нижний Архыз,
тел: +7 87878 46546, e-mail: yakopov@sao.ru
Новый виток развития устройств на сверхпроводящих туннель-
ных переходах (СТП), в первую очередь оптических и СВЧ детекто-
ров, требует более глубокого понимания зависимости характеристик
СТП от физических свойств и технологи изготовления структур сверх-
проводник-изолятор-сверхпроводник (СИС), являющихся базовыми
для изготовления СТП.
При разработке технологии изготовления детекторов на основе
СТП основную проблему представляют факторы, ограничивающие
параметры устройств и приводящие к ухудшению их детектирующих
свойств, в частности, эффект близости [1]. В случае СТП на основе
ниобия и алюминия (Nb/Al-AlxOy/Nb, Nb/Al-AlxOy-Al/Nb) необходимо
учитывать наличие слоев Al на границах туннельного барьера, так как
СТП в этом случае представляет собой сложную структуру типа
сверхпроводник - нормальный металл - изолятор - нормальный ме-
талл - сверхпроводник (СНИНС). Экспериментальные свойства
СНИНС - структур изучены значительно хуже, чем СИС-структур,
особенно при температурах ниже 1 K. В то же время именно эта тем-
пературная область представляет интерес для работы детекторов излу-
чений на СТП, т.к. интервал их рабочих температур находится, как
правило, не выше 0,3 К.
Данная работа посвящена рассмотрению влияния эффекта бли-
зости в структуре Nb/Al-AlxOy-Al/Nb на сигнальные и шумовые свой-
ства детектора излучений. Показано, что для детекторов излучений на
основе СТП эффект близости (ЭБ) не является однозначно негативным
фактором, приводящим к ухудшению свойств сенсоров на основе
СТП. Основные результаты влияния ЭБ на свойства СТП и их
характер систематизированны в таблице 1.

Табл.1. Основные факторы, характеризующие влияние ЭБ на
свойства СТП.

Результат эф- Факторы влия- Характер
Причина
фекта близости ния на свойства влияния
СТП
Понижение 1.
Понижение Негативный
Уменьшает ко-

энергетической плотности воз- на сигнальные личество квази-
щели
буждений
свойства
частиц, порож-
денных
одним
фотоном
2. Увеличение Позитивный
Увеличивает ко-
квантового вы- на сигнальные личество квази-
хода
свойства
частиц, порож-
денных
одним
фотоном
3. Увеличение Негативный
Увеличивает
тока утечки
на шумовые дробовой шум
свойства
Понижение
4. Уменьшение Позитивный
Уменьшает шун-
критического
тока куперов- как на сиг- тирование
по-
тока
ских пар
нальные, так и лезного сигнала
на шумовые и уровень внеш-
свойства
них магнитных
помех

Таким образом из 4-х факторов влияния два ухудшают свойства
сенсоров, а два улучшают. Далее не рассматривается фактор 4, так
как критический ток в сенсорах давится с помощью внешнего магнит-
ного поля. Позитивное влияние этого фактора состоит в том, что он
просто облегчает выполнение задачи подавления критического тока.
Показано, что факторы 1 и 2 практически компенсируют друг друга, а
основным негативным фактором является увеличение тока утечки,
который рассматривается детально.
В работе предложены простые методики расчета эффективной
критической температуры (КТ) тонкопленочной структуры Nb/Al и
величины энергетической щели граничащих пленок. Показано, что они
дают адекватную оценку вышеуказанных параметров для структур,
состоящих из толстого (dNb/Nb=5) сверхпроводника с более высокой
КТ (TCNb=9,25 К) и тонкого (dAl/Al=1/3) с более низкой КТ (TCAl =1,18
К). Полученные данные лежат в пределах точности численной модели,
что обуславливает успешное практическое применение предлагаемой
методики для структур b/Al в приближении слабого эффекта близо-
сти.
Отдельное внимание уделено возможности калибровки оптиче-
ского сенсора на основе СТП при температуре 4,2 К при помощи ме-
тодики накопления данных. Представленный анализ показывает, что
дробовой и тепловой шумовые токи СТП при Т = 4,2 К по порядку
величины соответствуют входному магнитному шумовому потоку
СКВИДа. Таким образом, калибровка сенсоров на основе СТП может

быть осуществлена с использованием низкотемпературного СКВИД-
датчика и накопления данных для увеличения отношения сигнал-шум.

1. Т. Ван-Дузер, Ч. Тернер, Физические основы сверхпроводниковых
устройств и цепей. Пер. с англ. - М: Радио и связь, 1984 г.


Document Outline