應(yīng)用于單光子探測的超導(dǎo)微波動(dòng)態(tài)電感探測器的研究.pdf

1、微波動(dòng)態(tài)電感探測器是利用低能隙超導(dǎo)材料制成具有高Q值的微波共面波導(dǎo)諧振器，藉由光子破壞CooperPairs造成電路中動(dòng)態(tài)電感的改變進(jìn)而影響諧振器特性的原理來實(shí)現(xiàn)單光子探測。它特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的性能使其在陣列集成應(yīng)用中展現(xiàn)出比較大的優(yōu)越性，所以在宇宙天文探測領(lǐng)域尤其是在宇宙微波背景輻射探測方面具有巨大應(yīng)用價(jià)值，而且現(xiàn)已在一些相關(guān)任務(wù)中發(fā)揮重要作用。
　　 首先，本文簡要介紹了感光元件由低溫探測器構(gòu)成的天文望遠(yuǎn)鏡的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀，

2、其中包括在宇宙天體觀測中的取得的開拓性成就的哈勃天文望遠(yuǎn)鏡，以及在宇宙微波背景輻射探測方面做出的卓越貢獻(xiàn)的宇宙背景探測者、威爾金森微波各向異性探測器和普朗克探測器。通過對比分析多個(gè)天文探測器的發(fā)展，結(jié)合探測任務(wù)的特殊需求，得出微波動(dòng)態(tài)電感探測器在當(dāng)今和將來的天文探測任務(wù)中具有多方面的優(yōu)勢和巨大的應(yīng)用價(jià)值。
　　 然后，本文介紹了超導(dǎo)電性基本理論，其中重點(diǎn)介紹了提出London穿透深度的London理論和揭示超導(dǎo)載流子Cooper

3、Pairs的BCS理論以及超導(dǎo)電路的相關(guān)特性，之后結(jié)合微波電路的基本理論、共面波導(dǎo)的幾何結(jié)構(gòu)、二分之一波長和四分之一波長兩種微波諧振器的基本特性，綜合深入的研究了微波動(dòng)態(tài)電感探測器實(shí)現(xiàn)單光子探測功能的基本原理。
　　 接著，本文對制作微波動(dòng)態(tài)電感探測器所使用的微電子加工工藝進(jìn)行了介紹，其中包括磁控濺射、涂光刻膠、紫外線曝光顯影以及反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)等。本文也結(jié)合微波信號(hào)傳輸在空間上的特殊要求給出了金屬樣品盒的相關(guān)設(shè)計(jì)，并對適用于本

4、文所設(shè)計(jì)的諧振器與外部測量線路過渡連接的微波PCB設(shè)計(jì)的理念以及超聲波點(diǎn)焊在微結(jié)構(gòu)焊接中的應(yīng)用進(jìn)行了簡要介紹。
　　 最后，本文展示了成功設(shè)計(jì)并制備的多種超導(dǎo)微波諧振器的幾何結(jié)構(gòu)，并對各類諧振器的設(shè)計(jì)初衷做了詳細(xì)說明。這些諧振器基底采用厚度為500μm的高阻純硅，金屬Nb層厚度在百納米量級(jí)。之后本文也簡要介紹了實(shí)驗(yàn)中所使用的低溫平臺(tái)以及測量系統(tǒng)。我們利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對各類諧振器在極低溫環(huán)境下進(jìn)行了相關(guān)測量，其中包括諧振器的傳輸