КРИОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ

Твердотельные электронные устройства (полупроводниковые диоды, транзисторы и др.), которые работают при криогенных температурах. Развитие К. п. в значит, степени определяется проблемой повышения чувствительности измерит, электронных устр-в. Глубокое охлаждение - один из наиболее перспективных путей в решении этой проблемы. За счёт понижения температуры удаётся улучшить характеристики обычных приборов (ПП диодов, транзисторов). Кроме того, при глубоком охлаждении в твёрдых телах возникают разл. физ. эффекты, которые могут быть использованы для создания принципиально новых приборов как для регистрации слабых сигналов, так и для обработки и хранения информации (например, создания элементов логики и памяти, работающих на основе Джозефсона эффекта в слабосвязанных сверхпроводниках).

К важнейшим эффектам, лежащим в основе работы К. п., относятся: явление сверхпроводимости, возникающее в некоторых металлах и сплавах при температурах ниже определённой, наз. критической; нелинейные объёмные или контактные электрич. явления в охлаждённых ПП; нелинейная зависимость ди-электрич. проницаемости некоторых охлаждённых диэлектриков от напряжённости электрич. поля (см. Криоэлектроника).

Из криоэлектронных элементов обработки и запоминания информации наибольшую известность получили криотроны, принцип действия которых основан на изменении электрич. параметров сверхпроводящего элемента под действием сигнала управления. Основой для построения малошумящих криоэлектронных усилителей и смесителей являются К. п. диодного или транзисторного типа: охлаждаемые параметрич. ПП диоды, смесит. ПП диоды, полевые транзисторы и др. За счёт охлаждения удаётся существенно снизить уровень собств. шумов этих приборов, повысить их предельную рабочую частоту, коэф. усиления и улучшить др. характеристики.

Так, в лучших криоэлектронных полевых транзисторах при их охлаждении до 80 К уровень собств. шумов снижается в 2,5-4 раза, при охлаждении до 20 К - в 5-8 раз по сравнению с уровнем шумов при 300 К. Из др. транзистороподобных структур, применяемых в криоэлектронных усилителях и смесителях, особенно перспективны транзисторы с повыш. подвижностью носителей заряда в канале, транзистор с высокой подвижностью электронов). Такие транзисторы обеспечивают выигрыш по шумам (в 5-8 раз) и коэф. усиления (до 3-5 дБ) при не очень глубоком уровне охлаждения (до 80 К). Перспективны параметрич. усилители на сверхпроводящих контактах, в которых используется эффект Джозефсона. В криоэлектронных смесительных устройствах СВЧ диапазона наиболее распространены диодные и транзисторные структуры на основе охлаждаемых контактов металл-полупроводник с барьером Шоттки, а также контактов сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник (СИС-контактов) с туннелированием квазичастиц через слой изолятора.

С помощью СИС-контактов в миллиметровом диапазоне длин волн достигнут квантовый предел чувствительности приёмных устр-в; шумовая температура смесителей на основе СИС-контактов близка к рабочей температуре контакта (обычно 1,5-2 К) . В детекторных СВЧ устройствах наряду с диодными и транзисторными приборами широко используются К. п. на базе джозефсоновских и СИС-контактов; известны также детекторы милли- и субмиллиметрового диапазонов длин волн, работающие на основе объёмного эффекта разогрева электронного газа излучением (и, как следствие,- изменения подвижности электронов и электрич. сопротивления) в образцах с проводимостью п-типа, охлаждаемых до гелиевых температур (-4,2 К).

Криогенные фильтры СВЧ диапазона обычно реализуются на основе последовательности объёмных сверхпроводящих криоэлектронных резонаторов. Характерная особенность таких фильтров - высокие добротность и стабильность параметров, возможность получения узкой полосы пропускания. Линии задержки изготовляют из сверхпроводящих кабелей, а также из сверхпроводящих плёнок определённой формы (например, в виде меандра). Время задержки в таких линиях определяется длиной кабеля (плёнки); в реальных системах оно может варьироваться в пределах от 1 пс до 1 мкс.

Одними из наиболее перспективных К. п. нового поколения являются сверхпроводящие квантовые интерферометры - сквиды. На основе сквидов разработаны измерит, приборы разл. назначения: гальванометры, вольтметры, компараторы, магнитометры, термометры и др. Практически все эти приборы обладают рекордно высокой чувствительностью.

Copyright © 2002 - 2017 Ravnopravie.kharkov.ua. All Rights Reserved.