[发明专利]太赫兹超导相变边缘探测器热弱连接制备方法

说明书

本发明公开了一种太赫兹超导相变边缘探测器热弱连接制备方法，即采用背向湿法刻蚀的方法实现热弱连接。在该太赫兹超导相变边缘探测器热弱连接制备方法中，探测器被制备在三层结构的SOI基板正面，湿法刻蚀中，基板正面被保护胶保护的同时安装在特殊设计的安装模具中进行密封，保证基板背面与碱性溶液接触。首先基板背面采用干刻法刻蚀掉SOI基板中氮化硅薄膜，形成需要湿法刻蚀的区域，再将基板浸入碱性溶液中，从基板背面湿法刻蚀掉基板中硅，形成热弱连接的结构。本发明利用介质基片与特殊碱性溶液的化学反应，减薄辐射吸收体和测温体背向的基片厚度，实现探测器的热弱连接，提高探测器的探测灵敏度。

技术领域

本发明属于超导相变边缘探测领域，具体涉及一种太赫兹超导相变边缘探测器热弱连接的制备方法。

背景技术

太赫兹（THz）频段是现代天文学最后一个有待全面研究的电磁波频段，是继红外和毫米波频段之后21世纪人类探测宇宙最新发展的、其它频段不可替代的观测窗口。在天文学领域，太赫兹频段占有微波背景辐射（CMB）以后宇宙近一半的光子能量，特别适合观测研究第一代恒星的形成、星系形成和演化、恒星和行星系统的形成和早期演化、地外行星系统大气的物理化学特性、以及宇宙生命起源等现代天文学中最重要的前沿科学问题。太赫兹频段天文观测在天体物理与宇宙学研究中具有不可替代的作用，对于理解宇宙状态和演化有非常重要的意义。

太赫兹频段天文观测所需设备可分为相干探测器和非相干探测器两类，太赫兹相干探测器主要针对天体目标开展高分辨率频谱观测，太赫兹非相干探测器主要应用于宽带连续谱探测和中低频谱分辨率探测。对于非相干探测器，基于低温超导器件的太赫兹频段高灵敏度非相干探测器主要有超导隧道结探测器（STJ）、超导动态电感探测器（MKIDs）和超导相变边缘探测器（TES）。其中，超导隧道结探测器受隧道结漏电流和读出技术的限制，发展较为缓慢。超导动态电感探测器由于采用了较简单读出复用技术得到了快速发展，但其灵敏度不仅与工作环境温度相关，还受准粒子产生与复合噪声限制，目前所测最低灵敏度约为1x10^-18 W/Hz^0.5。相反，超导相变边缘探测器灵敏度仅取决于工作环境温度，可实现背景极限探测灵敏度。在100 mK或更低温区，超导相变边缘探测器灵敏度可达1x10^-19 W/Hz^0.5，已成为太赫兹望远镜研制超高灵敏度宽带连续谱阵列探测器首选。

超导相变边缘探测技术属于热探测技术。超导相变边缘探测器一般由辐射吸收体（absorber）、测温体（thermometer）、热弱连接体（weak thermal link）和热沉（heat sink）四部分构成，其中辐射吸收体与热沉之间通过热弱连接体相连。超导相变边缘探测器工作原理是辐射吸收体吸收电磁波辐射信号，辐射吸收体温度发生改变，然后由测温体读出温度变化并判断吸收电磁波信号强度，辐射吸收体与热沉之间的热弱连接可以有效的提高探测器的灵敏度。