《鈮鈦超導熱電子測輻熱儀的設計、製備和表征》是依託南京大學，由賈小氫擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鈮鈦超導熱電子測輻熱儀的設計、製備和表征
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：賈小氫
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
太赫茲檢測技術是太赫茲電子技術中的關鍵技術之一，超導熱電子測輻熱儀是一種太赫茲頻段重要的檢測器，具有噪聲溫度低、本振功率要求低、頻譜回響範圍寬的優點。鈮鈦材料是目前套用較廣的超導材料之一，但僅限於體材料的套用。本項目結合本人在超導熱電子測輻熱儀設計製備上的經驗和高性能複合鈮鈦薄膜的製備基礎上，將實現超導鈮鈦熱電子測輻熱儀的設計、製備及表征，並與我們小組已成熟掌握的氮化鈮超導熱電子測輻熱儀進行對比研究，進而進一步揭示超導熱電子測輻熱儀的機制、提高其性能。
結題摘要
超導熱電子測輻射熱計(hot electron bolometer, HEB)基於超導微橋中的熱電子效應，可以對太赫茲(THz)信號進行高靈敏檢測。由於其優異的檢測靈敏度，已被套用於天文、遙感、成像等前沿技術的研究及套用中。本項目根據HEB器件的特點及套用需要，使用磁控濺射技術，在高阻矽(Si)襯底上，研究製備並最佳化了納米厚度的氮化鈮(NbN)和特殊摻雜的鈮(Nb*)超薄薄膜。並利用多種現代技術分析手段，研究了薄膜的表面和界面性能、化學元素配比、晶格結構等特性。利用製備出的多種高質量的超導薄膜，製備出具有高靈敏特性的超導HEB器件，表征了器件電學特性和混頻特性，取得了以下的研究結果。1.利用六氮五鈮薄膜做為緩衝層，大幅提升了Si襯底上氮化鈮薄膜的超導電性，在薄膜厚度小於10 nm情況下，與沒有緩衝層的氮化鈮薄膜相比，具有六氮五鈮緩衝層的氮化鈮薄膜，其超導轉變溫度可以提升5-8 K，超導臨界電流密度提升1個數量級。30 nm六氮五鈮薄膜緩衝層上，6 nm氮化鈮薄膜的超導轉變溫度可高達13.5 K，臨界電流密度達1.36×10e7 A/cm2 ，高於MgO襯底上的氮化鈮薄膜的超導性能，是目前報導的最好結果。2.分析研究了六氮五鈮緩衝層提升氮化鈮薄膜超導性能的主要因素，提出薄膜中應力分配調節超導性能的模型，並利用XRD、TEM等多種分析手段證明了這一模型。這為進一步提升超導薄膜性能，最佳化HEB器件特性打下了技術基礎。3.研究製備了特殊摻雜的超導鈮（Nb*）薄膜，並利用1 nm厚度的氮化鋁做為Nb*薄膜的保護層，有效防止了Nb*薄膜與環境中氧元素的反應導致的超導性能退化。測量結果表明，厚度為6.5 nm的Nb*薄膜超導轉變溫度可達7.45 K，臨界電流密度達8.15×10e6 A/cm2，遠高於同等厚度的普通純鈮薄膜的超導性能。4.利用研究製備的鈮基超導超薄薄膜，製備了超導HEB器件，表征了器件的超導電性和對太赫茲信號的檢測性能，並深入研究了材料、薄膜厚度與微橋尺寸對器件性能的影響。本項目共發表SCI論文3篇（第一作者均已標註），申請專利5項（已授權2項），其中第一申請人3項（已授權1項），參加國際會議5人次，培養碩士研究生3人，超額完成了項目目標。
