Изготовление одиночной приемной ячейки с болометрами на холодных электронах и СИС контактами
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 1. Требуемый профиль маски из электронного резиста для реализации теневого напыления.
Рис. 2. Изображение во вторичных электронах центральной части структуры БХЭ, полученное в сканирующем электронном микроскопе.
Болометр на холодных электронах (БХЭ) состоит из наноабсорбера и двух туннельных переходов сверхпроводник-изолятор-нормальный металл (СИН), подсоединенных к планарной антенне. Для высокой чувствительности детектируемого излучения болометром требуется, чтобы ширина наноабсорбера была в диапазоне 100-200 нм. Для его создания необходимо реализовать технику теневого напыления металлов, т.е. чтобы профиль резистивной маски, изготовленной с помощью электронной литографии, имел вид, схематически изображенный на рис. 1.
Для этого использовалась структура, состоящая из позитивных резистов метилметакрилата (ММА) и АR 600. Сополимер ММА обладает высокой чувствительностью (5-20 мКл/см2 для энергии электронов 10 КЭв). Чувствительность резиста AR 600 для пленок толщиной 50-150 нм составляет около 100 мКл/см2 для энергии электронов 10 КЭв.
После формирования резистивной маски, методом электронно-лучевого осаждения наносились следующие пленки. По нормали к поверхности образца осаждалась пленка железа толщиной 1.2 нм. Также по нормали затем осаждалась пленка алюминия толщиной 15 нм. После проводилось окисление в атмосфере кислорода в течение 5 минут (образование оксида алюминия). Затем под углами +45 и -45 градусов к нормали образца осаждались пленки алюминия толщиной 60 нм. После операции “lift-off” были получены структуры, соответствующие различным дозам экспонирования резистивной маски. В результате последовательного применения литографии и теневого напыления были сформированы структуры приёмной систем, состоящей из дипольных антенн и болометров на холодных электронах (БХЭ). Морфология изготовленных структур исследовалась методом сканирующей электронной микроскопии. Пример микрофотографии представлен на рис. 2. Было установлено, что при дозе экспонирования более 95 мКл/см формируются структуры без разрывов. Продемонстрировано приемлемое качество и размеры сверхпроводящих контактов и абсорбера. Латеральные размеры при таких условиях составляют порядка 100 нм. Таким образом, были подобраны оптимальные параметры экспонирования электронным пучком, время проявления резистивной маски в органических растворителях и напыления металлических пленок методом теневого электронно-лучевого испарения.
Рис. 2. Изображение во вторичных электронах центральной части структуры БХЭ, полученное в сканирующем электронном микроскопе.
Болометр на холодных электронах (БХЭ) состоит из наноабсорбера и двух туннельных переходов сверхпроводник-изолятор-нормальный металл (СИН), подсоединенных к планарной антенне. Для высокой чувствительности детектируемого излучения болометром требуется, чтобы ширина наноабсорбера была в диапазоне 100-200 нм. Для его создания необходимо реализовать технику теневого напыления металлов, т.е. чтобы профиль резистивной маски, изготовленной с помощью электронной литографии, имел вид, схематически изображенный на рис. 1.
Для этого использовалась структура, состоящая из позитивных резистов метилметакрилата (ММА) и АR 600. Сополимер ММА обладает высокой чувствительностью (5-20 мКл/см2 для энергии электронов 10 КЭв). Чувствительность резиста AR 600 для пленок толщиной 50-150 нм составляет около 100 мКл/см2 для энергии электронов 10 КЭв.
После формирования резистивной маски, методом электронно-лучевого осаждения наносились следующие пленки. По нормали к поверхности образца осаждалась пленка железа толщиной 1.2 нм. Также по нормали затем осаждалась пленка алюминия толщиной 15 нм. После проводилось окисление в атмосфере кислорода в течение 5 минут (образование оксида алюминия). Затем под углами +45 и -45 градусов к нормали образца осаждались пленки алюминия толщиной 60 нм. После операции “lift-off” были получены структуры, соответствующие различным дозам экспонирования резистивной маски. В результате последовательного применения литографии и теневого напыления были сформированы структуры приёмной систем, состоящей из дипольных антенн и болометров на холодных электронах (БХЭ). Морфология изготовленных структур исследовалась методом сканирующей электронной микроскопии. Пример микрофотографии представлен на рис. 2. Было установлено, что при дозе экспонирования более 95 мКл/см формируются структуры без разрывов. Продемонстрировано приемлемое качество и размеры сверхпроводящих контактов и абсорбера. Латеральные размеры при таких условиях составляют порядка 100 нм. Таким образом, были подобраны оптимальные параметры экспонирования электронным пучком, время проявления резистивной маски в органических растворителях и напыления металлических пленок методом теневого электронно-лучевого испарения.
Контактное лицо
Публикации
- Revin L.S., Pimanov D.A., Pankratov A.L., Blagodatkin A.V., Matrozova E.A., Chiginev A.V., Gordeeva A.V., Fedotov I.A., Skorokhodov E.V., Gusev N.S., Masterov D.V., Parafin A.E., Sobolev A.S., BROADBAND METAMATERIAL RECEIVER WITH COLD-ELECTRON BOLOMETERS, Physical Review Applied. 2024. Т. 22. № 6. С. 064040
- 2. Pimanov D.A., Pankratov A.L., Gordeeva A.V., Chiginev A.V., Blagodatkin A.V., Revin L.S., Razov S.A., Yu Safonova V., Fedotov I.A., Skorokhodov E.V., Orlova A.N., Tatarsky D.A., Gusev N.S., Trofimov I.V., Mumlyakov A.M., Tarkhov M.A., RESPONSE OF A COLD-ELECTRON BOLOMETER IN A COPLANAR ANTENNA SYSTEM, Superconductor Science and Technology. 2025. Т. 38. № 3. С. 035026.