Экономически эффективный криогенное охлаждение для полупроводниковых чипов

R

Исследователи из Национального Института Стандартов и Технологии (NIST; Boulder, CO; <a target="_blank" href="http://www.boulder.nist.gov" www.boulder.nist rel="nofollow">. пра </ A>) разработали полупроводниковый холодильник, способных достигать низких температурах вплоть до 100 милликельвин (мК), но с мощностью охлаждения, которая конкурирует с криогенных систем. Холодильник туннельного перехода из сэндвич, состоящий из нормальных недрагоценных металлов электрода (NMBE), изолятор и сверхпроводящих электрода (ННГ). "Когда напряжение подается через" сэндвич, 'электронов высокой энергии поездки из нормального металла через диэлектрик и в сверхпроводнике, в результате чего температура нормальная металла резко падать ", объясняет Анна Кларк докторской исследователь в NIST. "Вместе с X-детекторов, а также разрабатываемые в NIST, инструмент будет полезен в производстве полупроводников для обнаружения загрязнителей", продолжает она.

Тоннель барьеров, как правило, формируются из поверхности оксида. Большинство нормальных металлов (Ag, Cu, Au) отсутствие подходящих оксида, так шек переходов традиционно используются сверхпроводящие электрода на базе и нормального металла электрод в верхней части (рис. 1). При подаче напряжения, мощности P ^ ^ к югу прохладно удаляется из нормального электрода и хранится в сверхпроводящих электрода в виде квазичастиц, или электронных возбуждений, создаваемых существующими потока, I, через переход. Квазичастицы имеют высокую мощность, P, (P = P ^ ^ к югу прохладно IV ^ югу Ь, где V ^ югу Ь является напряжение на переходе), что может снизить производительность холодильник. "Таким образом, плотности квазичастиц в сверхпроводнике должны оставаться низкими, что трудно в крупных станциях, потому что квазичастиц должен диффундировать на большие расстояния, чтобы покинуть площадь перехода", говорит Кларк. топографии устройства добавляет сложности в холодильник производительности. "NMBE должна быть тонкой, чтобы уменьшить P от квазичастиц. Следовательно, сверхпроводник также должны быть тонкими, который ограничивается квазичастиц в небольшом объеме и ограничивает их возможности покинуть площадь перехода," объясняет Кларк ..

Холодильники в NIST особенность NMBE из алюминиевого легированных Mn для подавления сверхпроводимости, который позволяет традиционной топографии СНГ необходимо обратить вспять, как показано на рисунке 2. "Таким образом, NMBE может быть тонкой, сокращение объема материала, быть охлажден, и сверхпроводящих электрода может быть густой, уменьшение плотности квазичастиц вблизи активной области перехода, отмечает Кларк.

NMBE слой сделан распыления сдачи на хранение 50-нм пленкой Al-Mn на 7,6 см (3-в.) Si пластины объявлений покрыв ее 50 нм югу SiO 2 ^ ^, который травлением в форме открытия к основанию электрода. Туннельного барьера для переходов подготовлен первый ионного травления NMBE через это отверстие, а затем окислительных его в 1300 Па O2 за 12 мин до 0,4 мм слой Аль является хранение и химическим травлением в форме сверхпроводящих противоэлектродом.

Рассматривать отдельно, лабораторных шек кулера и стран с переходной края рентгеновского датчика (TES) стоят недорого. Кларк надеется, что NIST интегрированного шек кулера и TES позволит сократить расходы на спектрометре лаборатория рентгеновской ниже $ 100000. Кларк также утверждает, что система шек кулер будет меньше и легче, чем существующие системы для охлаждения TES датчиков.