Сравнительный анализ MKID- и RFTES-детекторов
Соломатов Л.С.
1, Шитов С.В.
1,2,31Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС", Москва, Россия
2Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Москва, Россия
3Российский квантовый центр (РКЦ), Инновационный центр "Сколково", Москва, Россия
Email: solomatov.ls@misis.ru, sergey3e@gmail.com
Поступила в редакцию: 19 мая 2026 г.
В окончательной редакции: 19 мая 2016 г.
Принята к печати: 19 мая 2026 г.
Выставление онлайн: 14 июля 2026 г.
Выполнен сравнительный анализ технологий MKID и RFTES, каждая из которых пригодна для создания изображающих матриц с большим числом пикселей, благодаря схожей методике считывания на основе высокодобротных СВЧ-резонаторов. Рассмотрены эволюционные изменения данных технологий, а также концептуальные отличия между этими детекторами, включая диапазон рабочих температур, особенности считывания, физическую природу отклика и пороговую чувствительность NEP, при этом за критерий сравнения приняты одинаковые технологические ограничения на сечение структур, используемых в качестве поглотителей. Анализ показывает, что RFTES на основе пленок гафния может достигнуть NEP~1·10-19 W/√Hz при температуре ~300 mK, тогда как MKID с поглотителем из алюминия достигают этого уровня теоретически лишь при охлаждении до ~150 mK. В случае применения пленок гафния для MKID такой порог необходимо снизить до ~60 mK, что является следствием различий в природе собственных шумов для этих двух технологий. Ключевые слова: приемник электромагнитного излучения, технологии MKID и RFTES, сверхпроводник, пленки гафния, СВЧ-резонатор, болометр, СКВИД-усилитель, Noise-equivalent power (NEP), куперовская пара.
- П.Д. Насельский, Д.И. Новиков, И.Д. Новиков. Реликтовое излучение (Наука, М., 2003)
- K.D. Irwin, G.C. Hilton. Topics Appl. Phys., 99, 63 (2005)
- A.D. Semenov, G.N. Gol'tsman, R. Sobolewski. Supercond. Sci. Technol., 15, R1 (2002). DOI: 10.1088/0953-2048/15/4/201
- B.S. Karasik, D.E. Prober, A. Sergeev. IEEE Trans. Terahertz Sci. Tech., 1 (1), 97 (2011). DOI: 10.1109/TTHZ.2011.2159560
- B.S. Karasik, W.R. McGrath, H.G. LeDuc, M.E. Gershenson. Supercond. Sci. Tecnol., 12, 745 (1999). DOI: 10.1088/0953-2048/12/11/316
- P.K. Day, H.G. LeDuc, B.A. Mazin, A. Vayonakis, J. Zmuidzinas. Nature, 425, 817 (2003). DOI: 10.1038/nature02037
- B.A. Mazin. Microwave Kinetic Inductance Detectors: In: Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy (Pasadena, California, 2004)
- N. Bluzer. J. Appl. Phys., 78, 7340 (1995). DOI: 10.1063/1.360383
- J.J.A. Baselmans. J. Low Temperature Phys., 167 (3), 292 (2012)
- R.M.J. Janssen, J.J.A. Baselmans, A. Endo, L. Ferrari, S.J.C. Yates, A.M. Baryshev, T.M. Klapwijk. Appl. Phys. Lett., 103, 203503 (2013). DOI: 10.1063/1.4829657
- J.J.A.Baselmans, F. Facchin, A. Pascual Laguna, J. Bueno, D.J. Thoen, V. Murugesan, N. Llombart, P. de Visser. A \& A, 665, A17 (2022). DOI: 10.1051/0004-6361/202243840
- P.K. Day, N.F. Cothard, C. Albert, L. Foote, E. Kane, B.H. Eom, R.B. Thakur, R.M.J. Janssen, A. Beyer, P.M. Echternach, S. van Berkel, S. Hailey-Dunsheath, T.R. Stevenson, S. Dabironezare, J.J.A. Baselmans, J. Glenn, C.M. Bradford, H.G. Leduc. Phys. Rev. X, 14 (4), 041005 (2024). DOI: 10.1103/PhysRevX.14.041005
- P.J. de Visser, J.J.A. Baselmans, P. Diener, S.J.C. Yates, A. Endo, T.M. Klapwijk. J. Low Temp Phys., 167 (3-4), 335 (2012). DOI: 10.1007/s10909-012-0519-5
- J. de Visser, J.J.A. Baselmans, J. Bueno, T.M. Klapwijk. 2014 39th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz), 1-2 (2014). DOI: 10.1109/irmmw-thz.2014.6956151
- Z. Pan, K.R. Dibert, J. Zhang, P.S. Barry, A.J. Anderson, A.N. Bender, B.A. Benson, T. Cecil, C.L. Chang, R. Gualtieri, J. Li, M. Lisovenko, V. Novosad, M. Rouble, G. Wang, V. Yefremenko. IEEE Transactions on Appl. Supercond., 33 (5), 2400408 (2023). DOI: 10.1109/TASC.2023.3250167
- A.V. Sergeev, M.Y. Reizer. Intern. J. Modern Phys. B, 10, 635 (1996). DOI: 10.1142/S021797929600026X
- С.В. Шитов. Письма в ЖТФ, 37 (19), 88 (2011)
- A. Kuzmin, S.V. Shitov, A. Scheuring, J.M. Meckbach, L.S. Il'in, S. Wuensch, A.A. Ustinov, M. Siegel. IEEE Trans. Terahertz Sci. Tech., 3 (1), 25 (2013). DOI: 10.1109/TTHZ.2012.2236148
- S.V. Shitov, A.A. Kuzmin, M. Merker, M. Arndt, S. Wuensch, K.S. Ilin, E.V. Erhan, A.V. Ustinov, M. Siegel. IEEE Trans. Appl. Supercond., 27 (4), 2100805 (2017). DOI: 10.1063/1.4995981
- А.В. Меренков, Т.М. Ким, В.И. Чичков, С.В. Калинкин, С.В. Шитов. ФТТ, 64 (10), 1404 (2022). DOI: 10.21883/FTT.2022.10.53081.50HH
- A.V. Merenkov, V.I. Chichkov, A.B. Ermakov, A.V. Ustinov, S.V. Shitov. IEEE Transactions Appl. Supercond., 28 (7), (2018). DOI: 10.1109/TASC.2018.2827981
- Т.М. Ким, А.В. Меренков, Ан.Б. Ермаков, Л.С. Соломатов, В.И. Чичков, С.В. Шитов. ЖТФ, 93 (7), 995 (2023). DOI: 10.21883/JTF.2023.07.55759.117-23
- С.В. Шитов, Т.М. Ким, Л.С. Соломатов, Н.Ю. Руденко, А.В. Меренков, Ан.Б. Ермаков, В.И. Чичков. ЖТФ, 94 (7), 1060 (2024). DOI: 10.61011/JTF.2024.07.58341.168-24
- М. Тинкхам. Введение в сверхпроводимость (Атомиздат, М., 1980)
- В.В. Шмидт. Введение в физику сверхпроводников (МЦНМО, М., 2000)
- J. Zmuidzinas. Phys. Appl. Annual Rev. Condensed Matter Phys., 3, 169 (2012)
- F. Giazotto, T.T. Heikkila, A. Luukanen, A.M. Savin, J.P. Pekola. Rev. Modern Phys., 78, 217 (2006). DOI: 10.1103/RevModPhys.78.217
- A. Monfardini, L.J. Swenson, A. Bideaud, F.X. Desert, S.J.C. Yates, A. Benoit, A.M. Baryshev, J.J.A. Baselmans, S. Doyle, B. Klein, M. Roesch, C. Tucker, P. Ade, M. Calvo, P. Camus, C. Giordano, R. Guesten, C. Hoffmann, S. Leclercq, P. Mauskopf, K.F. Schuster. A \& A, 521, A29 (2010). DOI: 10.1051/0004-6361/201014727
- A. Monfardini, R. Adam, A. Adane, P. Ade, P. Andre, A. Beelen, B. Belier, A. Benovi t, A. Bideaud, N. Billot, O. Bourrion, M. Calvo, A. Catalano, G. Coiffard, B. Comis, A. d'Addabbo, F.-X. Desert, S. Doyle, J. Goupy, C. Kramer, S. Leclercq, J. Macias-Perez, J. Martino, P. Mauskopf, F. Mayet, F. Pajot, E. Pascale, N. Ponthieu, V. Reveret, L. Rodriguez, G. Savini, K. Schuster, A. Sievers, C. Tucker, R. Zylka. J. Low Temp. Phys., 176 (5-6), 787 (2013). DOI: 10.1007/s10909-013-0985-4
- S. Masi, P. de Bernardis, A. Paiella, F. Piacentini, L. Lamagna, A. Coppolecchia, P.A.R. Ade, E.S. Battistelli, M.G. Castellano, I. Colantoni. J. Cosmol. Astropart. Phys., 26 (2019). DOI: 10.1088/1475-7516/2019/07/003
- P.D. Mauskopf, S. Doyle, P.S. Barry, S. Rowe, A. Bideaud, P. Ade, C. Tucker, E. Castillo-Domi nguez, A. Monfardini, J. Goupy, M. Calvo. J. Low Temp. Phys., 176, 545 (2013). DOI: 10.1007/s10909-013-1069-1
- B.J. Dober, P.A.R. Ade, P. Ashton, F.E. Angile, J.A. Beall, D. Becker, K.J. Bradford, G. Che, H.-M. Cho, M.J. Devlin, L.M. Fissel, Ya. Fukui, N. Galitzki, J. Gao, Ch.E. Groppi, S. Hillbrand, G.C. Hilton, J. Hubmayr, K.D. Irwin, J. Klein, J. Van Lanen, D. Li, Zh.-Yu. Li, N.P. Lourie, H. Mani, P.G. Martin, Ph. Mauskopf, F. Nakamura, G. Novak, D.P. Pappas, E. Pascale, F.P. Santos, G. Savini, D. Scott, S. Stanchfield, J.N. Ullom, M. Underhill, M.R. Vissers, D. Ward-Thompson. Proc. SPIE, 9153, 91530H (2014). DOI: 10.1117/12.2054419
- A. Giachero, P.K. Day, P. Falferi, M. Faverzani, E. Ferri, C. Giordano, M. Maino, B. Margesin, R. Mezzena, R. Nizzolo, A. Nucciotti, A. Puiu, L. Zanetti. J. Low Temp. Phys., 184 (1-2), 123 (2016). DOI: 10.1007/s10909-015-1441-4
- M.R. Vissers, J. Gao, M. Sandberg, Sh.M. Duff, D.S. Wisbey, K.D. Irwin, D.P. Pappas. Appl. Phys. Lett., 102 (23), 232603 (2012). DOI: 10.1063/1.4804286
- S.R. Meeker, B.A. Mazin, A.B. Walter, P. Strader, N. Fruitwala, C. Bockstiegel, P. Szypryt, G. Ulbricht, G. Coiffard, B. Bumble, G. Cancelo, T. Zmuda, K. Treptow, N. Wilcer, G. Collura, R. Dodkins, I. Lipartito, N. Zobrist, M. Bottom, J.C. Shelton, D. Mawet, J.C. van Eyken, G. Vasisht, E. Serabyn. Publ. Publ. Astron. Soc. Pac., 130, 065001 (2018). DOI: 10.1088/1538-3873/aab5e7
- A.B. Walter N. Fruitwala, S. Steiger, J.I. Bailey III, N. Zobrist, N. Swimmer, I. Lipartito, J.P. Smith, S.R. Meeker, C. Bockstiege. Publ. Astron. Soc. Pacific, 132, 125003 (2020). DOI: 10.1088/1538-3873/abc60f
- P. Szypryt, S.R. Meeker, G. Coiffard, N. Fruitwala, B. Bumble, G. Ulbricht, A.B. Walter, M. Daal, C. Bockstiegel, G. Collura, N. Zobrist, I. Lipartito, B.A. Mazin. Opt. Express, 25 (21), 25894 (2017). DOI: 10.1364/OE.25.025894
- P. Szypryt, B.A. Mazin, G. Ulbricht, B. Bumble, S.R. Meeker, C. Bockstiegel, A.B. Walter. Appl. Phys. Lett., 109, 151102 (2016)
- G. Coiffard, M. Daal, N. Zobrist, N. Swimmer, S. Steiger, B. Bumble, B.A. Mazin. Supercond. Sci. Technol., 33 (7), 07LT02 (2020). DOI: 10.1088/1361-6668/ab8d99
- N. Zobrist, G. Coiffard, B. Bumble, N. Swimmer, S. Steiger, M. Daal, G. Collura, A.B. Walter, C. Bockstiegel, N. Fruitwala, I. Lipartito, B.A. Mazin. Appl. Phys. Lett., 115 (21), 213503 (2019). DOI: 10.1063/1.5127768
- А.Ф. Андреев. ЖЭТФ, 46 (5), 1823 (1964)
- Л.С. Соломатов, А.В. Меренков, С.В. Шитов. ФТТ, 66 (6), 836 (2024). DOI: 10.61011/FTT.2024.06.58233.2HH
- Л.С. Соломатов, С.В. Шитов. Материалы XXIV Международного симпозиума " Нанофизика и наноэлектроника", 91 (2025)
- A.E. Lowitz, E.M. Barrentine, S.R. Golwala, P.T. Timbie. J. Low Temp. Phys., 176 (3-4), 523 (2014). DOI: 10.1007/s10909-014-1133-5
- M.E. Gershenson, D. Gong, T. Sato. Appl. Phys. Lett., 79 (13), 2049 (2001). DOI: 10.1063/1.1407302
- M. Yun, J.W. Beeman, R. Bhatia, J.J. Bock, W. Holmes, L. Hustead, T. Koch, J.L. Mulder, A.E. Lange, A.D. Turner, L. Wild. Proc. SPIE., 4855, 136 (2003).