Кинев Н.В.
Хан Ф.В.
Чекушкин А.М.
Кошелец В.П.
 Статья на сайте eLibrary

Представлены результаты исследования тепловых эффектов при воздействии сигналом лампы обратной волны на частоте 1,0-1,1 ТГц на смесительный элемент на основе туннельного перехода сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник (СИС) Nb-AlN-NbN, включённого в микрополосковую линию передачи NbTiN-SiO2-Al. Разработанная приёмная система состоит из щелевой антенны, согласованных микрополосковых линий передачи и двух СИС-смесителей с площадью около 1 мкм2. При воздействии сигнала на частоте вблизи 1 ТГц наблюдалось значительное изменение вольт-амперной характеристики СИС-переходов, которое выражалось в понижении щелевого напряжения и свидетельствовало о нагреве смесительного элемента, что существенно влияет на характеристики приёмной системы. Предложена аналитическая модель, описывающая изучаемую структуру при воздействии высокочастотного сигнала. Проанализированы механизмы, приводящие к непосредственному нагреву туннельного перехода и изменению функции распределения квазичастиц в материале электрода. Установлены эффекты и численно оценена степень их влияния на нагрев перехода и, как следствие, уменьшение щелевого напряжения. Рассчитаны общий бюджет тепловыделения и пространственное распределение температуры в интегральной схеме.

На английском языке
Heating of the superconductor-insulator-superconductor mixer under the action of external terahertz radiation
Kinev N.V., Khan F.V., Chekushkin A.M. and Koshelets V.P.

We present the results of studying the thermal effect of a backward-wave oscillator at a frequency of 1.0-1.1 THz on a mixing detector based on superconductor-insulator-superconductor (SIS) tunnel junction Nb-AlN-NbN included in a microstrip transmission line of NbTiN-SiO2-Al. The developed receiving system consists of a slot antenna, matched microstrip transmission lines, and a SIS detector with an area of about 1 μm2. When detecting at a frequency of about 1 THz, a significant change in the current-voltage characteristic of the SIS junctions was observed, expressed in a decrease in the gap voltage and indicating heating of the detector, which significantly affects the characteristics of the receiving system. An analytical model describing the studied structure under the influence of a high-frequency signal is proposed. The mechanisms leading to direct heating of the SIS detector and to a change in the distribution function of quasi-particles in the electrode material are analyzed. Significant effects are established and their influence on the heating of the mixer and, as a result, a decrease in the gap voltage is numerically estimated. The total heat generation budget and the spatial temperature distribution in the integrated circuit are calculated.

DOI: https://doi.org/10.52452/00213462_2025_68_09_808