Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Fabrication de jonctions sis pour le recepteur heterodyne de l'instrument ballon pirog 8

Sébastien George

Published Jan 1, 1997• 0 citations
OpenAlex

Abstract

Ce manuscrit presente la fabrication de jonction supraconducteur / isolant / supraconducteur (s. I. S. ) de type niobium / oxyde d'aluminium / niobium pour le recepteur heterodyne submillimetrique de l'experience pirog 8. Apres avoir aborde les bases theoriques developpees par un certain nombre d'auteurs autour de ces composants supraconducteurs, le procede de fabrication de ces jonctions est decrit en soulignant les points critiques de certaines operations. Des ameliorations sont apportees au procede de fabrication de base dans le but de fiabiliser ces composants. La qualite des nombreuses jonctions fabriquees est ensuite analysee au travers d'un echantillon statistique des mesures effectuees, cette analyse mettant en evidence les points critiques soulignes precedemment. Apres la presentation des differents dispositifs utilises pour la mesure des caracteristiques courant / tension des jonctions fabriquees, les bases theoriques du fonctionnement des lignes supraconductrices sont presentees pour le calcul des geometries des circuits d'accord resonants necessaires a l'utilisation des jonctions sis aux frequences submillimetriques. La frequence des pics de resonance observes sur les caracteristiques courant / tension d'un certain nombre de jonctions sont alors comparees aux frequences de resonances calculees. La derniere partie presente l'utilisation de ces jonctions pour le recepteur 547 ghz de l'experience kao au jpl ainsi que pour le recepteur heterodyne a 440 ghz de l'experience pirog 8. Le vol ballon de l'experience pirog 8 permet de conclure ces travaux.

Related papers

Etude et realisation de jonctions sis a base de nitrure de niobium et d'une barriere tunnel adaptee permettant la montee aux frequences thz des instruments heterodynes

Vincent Larrey

Pour preparer les futures missions sur satellites en radioastronomie, les melangeurs utilisant des jonctions josephson supraconducteur / isolant / supraconducteur (sis) de type nbn/mgo/nbn ou nbn/a1n/nbn presentent un grand interet dans l'optique de la montee en frequence des instruments heterodynes. Ce memoire presente l'etude, la fabrication et la qualification de dispositifs a base de jonctions sis en nitrure de niobium. Ce travail comprend une partie de caracterisation electrique et structurale de films minces nbn obtenus par pulverisation cathodique reactive et qui aboutit a la determination de conditions optimales de depot. La fabrication de jonctions josephson nbn/mgo/nbn de petite surface (1 m 2) et de fortes densites de courant (>10 ka. Cm 2) est ensuite etudiee de facon a obtenir une technologie fiable et une bonne reproductibilite des parametres geometriques et electriques. Associe a la caracterisation i(v), un procede de traitement thermique permet le controle des densites de courant critique et l'amelioration de la qualite des dispositifs. La premiere qualification a 300 ghz de notre technologie donne une temperature de bruit de recepteur de 726 k ; mais au dela de ce resultat, la qualite des caracteristiques electriques de nos films nbn et des courbes i(v) statiques sont prometteuses pour des applications a des frequences proches du thz.

•Jan 1, 1998•1 citation

Melangeurs sis pour la radioastronomie submillimetrique : nouveaux aspects theoriques et resultats experimentaux

Pascal Febvre

Les recepteurs heterodynes utilisant des jonctions sis (supraconducteur-isolant-supraconducteur) sont actuellement les plus performants pour detecter des signaux faibles dans le domaine des longueurs d'onde submillimetriques. Tout d'abord, une nouvelle formulation de la theorie de tucker utilisant la geometrie analytique est presentee pour comprendre le fonctionnement quantique des melangeurs a jonctions sis et pour expliquer un certain nombre de leurs proprietes. Il est alors possible de deduire, pour chaque frequence, les valeurs optimales des parametres du circuit d'adaptation, de la tension de polarisation et de la puissance d'oscillateur local qui permettent d'atteindre la sensibilite maximale. Pour obtenir les meilleures performances, il est necessaire de compenser la forte capacite intrinseque de la jonction sis. Ceci est accompli par des circuits micro-ondes distribues constitues de lignes de transmission supraconductrices. Plusieurs modeles ont ete developpes pour calculer les proprietes de lignes de transmission supraconductrices en technologie microruban et coplanaire. Ils utilisent l'approximation quasi-statique et prennent en compte les pertes et la dispersion au-dessus de la frequence de gap des supraconducteurs. Ils sont valables pour les metaux normaux et les supraconducteurs a haute temperature critique. La conception et les performances de deux recepteurs sis developpes dans le cadre de ce travail, et centres sur 380 et 547 ghz respectivement, est ensuite presentee. Nous mettons alors en evidence les limitations de performance theoriques et experimentales pour les frequences superieures a la frequence de gap du supraconducteur utilise. Enfin, certains compromis importants a effectuer pour obtenir des recepteurs sis performants et stables, en vue d'une utilisation future dans l'espace, sont presentes. Nous faisons alors une analyse prospective des performances attendues jusqu'a 1,2 thz pour des recepteurs utilisant le niobium et le nitrure de niobium

•Jan 1, 1995•0 citations

Jonctions SIS en Nb/Al2O3/Nb pour des récepteurs en radioastronomie millimétrique et submillimétrique

Philippe Feautrier

Pour préparer les futures missions sur satellites en radioastronomie, le CNES est responsable d'un projet de ballon stratosphérique appelé PRONAOS-SMH pour lequel notre laboratoire doit construire le récepteur à 380 GHz. Ce projet est décrit dans l'introduction. Dans le premier chapitre, j'expose les bases de la supraconductivité, de l'effet Josephson et du fonctionnement du mélangeur SIS. Le chapitre II développe la technologie utilisée pour la fabrication des jonctions SIS: les principes de l'évaporation, de la pulvérisation, de la gravure et de la photolithographie y sont expliqués. Le troisième chapitre est plus particulièrement consacré à la description et à l'optimisation du procédé de fabrication des jonctions en Nb/AI-A1Ox/Nb. Des jonctions fiables de petite dimension (1 micron carré) et de forte densité de courant sont obtenues. Les études nécessaires pour parvenir à ce résultat sont détaillées. L'intégration de ces jonctions dans des récepteurs millimétriques et submillimétriques est décrite dans le chapitre IV. Les premiers résultats obtenus dans le récepteur à 380 GHz sont prometteurs : une température de bruit de 310 K DSB pour le récepteur dans son ensemble a été mesurée à 374 GHz.

•Jun 29, 1992•0 citations

Nouvelles orientations pour les récepteurs hétérodynes sis aux longueurs d'onde submillimétriques

Morvan C. Salez

L’astrophysique du milieu interstellaire a beneficie depuis peu de la mise au point de recepteurs heterodynes peu bruyants approchant la limite quantique permettant d'observer dans le domaine millimetrique les raies de nombreuses molecules. Le melange quantique est rendu possible par l'utilisation de jonctions sis (supraconducteur-isolant-supraconducteur) fortement non lineaires. Mais l'extension de cette technologie aux longueurs d'onde submillimetriques souleve des problemes et impose : d'employer des supraconducteurs a grand gap ; de reduire la capacite des jonctions, ce qui implique la fabrication de jonctions de taille submicronique et de forte densite de courant critique ; de realiser des guides d'onde ou des structures d'accord mecanique de tres petites dimensions ; des circuits d'accord integres a la jonction qui soient non dispersifs a ces frequences. Un recepteur sis a 630 ghz en guides d'onde, utilisant des jonctions au Nb et au NbN vient d'etre construit et teste en vue de son installation au Caltech Submillimeter Observatory a Hawai. Nous avons egalement etudie experimentalement les jonctions Josephson longues, dans lesquelles des quanta de flux magnetique peuvent se propager de maniere resonnante : de tels oscillateurs a fluxons pourraient jouer le role d'oscillateur local au sein de recepteurs heterodynes monolithiques

•Jan 1, 1992•0 citations

Conception de capteurs supraconducteurs destinés à des mesures radio astronomiques : élaboration et caractérisation de jonctions tunnel en niobium aluminium

Thomas Lehnert

Les jonctions SIS ( Supraconducteur-Isolant-Supraconducteur ) sont employees dans les recepteurs radio astronomiques comme melangeur en hyperfrequence. Dans cette these, nous resumons d'abord les bases theoriques pour la comprehension du principe et des particularites d'un capteur SIS. Nous avons fabrique des jonctions tunnel de tres petite surface formees d'electrodes en niobium et d'une barriere tunnel en oxyde d'aluminium. Une tâche majeure de ce travail reside dans l'etude des proprietes des materiaux figurant dans l'elaboration des elements SIS et de leurs incidences sur les courbes I(V). Notamment nous examinons l'effet de proximite lie a une couche intermediaire d'aluminium. Les tricouches sont caracterisees a l'aide de l'oxydation anodique. Le principe de cette methode ainsi que les courbes d'anodisation sont presentes. Le comportement de ces jonctions au cours de traitements thermiques a ete etudie. Nous avons montre que la densite de courant de la jonction peut etre reduite lors du recuit. Ceci represente d'important d'avantages sur le plan pratique. Les resultats des tests en hyperfrequences obtenus dans les domaines frequentiels autour de 100, de 230 et de 350 GHz sont presentes. Dans les elements SIS destines aux recepteurs a structure ouverte, les jonctions tunnel s'integrent dans une structure d'accord fixe. Dans ces dispositifs nous avons observe un effet de resonance provoque par l'oscillation Josephson. Cet effet se manifeste par l'apparition de branches sur les courbes I(V). Finalement nous discutons de la realisation des jonctions tunnel avec une electrode conductrice normale. Ses avantages et ses inconvenients par rapport aux jonctions SIS sont evoques.

•Jan 1, 1994•0 citations

L'etude et le developpement des melangeurs a jonction sis pour la radioastronomie millimetrique et submillimetrique

А. В. Карпов

La radioastronomie millimetrique et submillimetrique est un domaine specifique, ou il est necessaire d'utiliser des recepteurs au bruit extremement faible. Le fait que les objets d'observation se trouvent sur un fond tres froid est a l'origine de ce besoin. Le prix eleve et la difficulte de construction des radiotelescopes doivent etre valorises par l'usage des recepteurs d'une sensibilite adequate. Au debut de notre travail sur l'amelioration de sensibilite des recepteurs a l'institut de radioastronomie millimetrique (iram), nous avons constate que le temps des observations sur nos 80-370 ghz radiotelescopes ete fortement rallonge par les recepteurs tandis que leur bruit ete superieur de 10 a 20 k. Ce travail presente notre etude des recepteurs heterodynes et a detection directe avec des jonctions supraconducteur-isolant-supraconducteur (sis) pour une application en radioastronomie. L'etude a ete concentree sur la modelisation et l'optimisation des melangeurs sis a la jonction en nb et nbn. Nous avons aussi etudie dans la bande submillimetrique, un recepteur a jonction supraconducter-isolant-conducteur normal-supraconducteur (sins) libre des courants de josephson. Le bruit d'un recepteur developpe lors de notre travail pour la premiere fois dans le domaine radio a atteint un niveau seulement trois fois superieure a la limite quantique. Le bruit minimum des recepteurs des bandes 0. 8 mm, 1. 3 mm, 2 mm, 3 mm se situe entre 19 et 22 k. Sur les 7 antennes de l'iram et du sest ses 20 nouveaux recepteurs sis ont ete equipes. Pour la premiere fois un recepteur sis faible bruit a ete developpe avec des jonctions en nbn

•Jan 1, 1996•0 citations
Ce manuscrit presente la fabrication de jonction supraconducteur / isolant / supraconducteur (s. I. S. ) de type niobium / oxyde d'aluminium / niobium pour le recepteur heterodyne submillimetrique de l'experience pirog 8. Apres avoir aborde les bases theoriques developpees par un certain nombre d'auteurs autour de ces composants supraconducteurs, le procede de fabrication de ces jonctions est decrit en soulignant les points critiques de certaines operations. Des ameliorations sont apportees au procede de fabrication de base dans le but de fiabiliser ces composants. La qualite des nombreuses jonctions fabriquees est ensuite analysee au travers d'un echantillon statistique des mesures effectuees, cette analyse mettant en evidence les points critiques soulignes precedemment. Apres la presentation des differents dispositifs utilises pour la mesure des caracteristiques courant / tension des jonctions fabriquees, les bases theoriques du fonctionnement des lignes supraconductrices sont presentees pour le calcul des geometries des circuits d'accord resonants necessaires a l'utilisation des jonctions sis aux frequences submillimetriques. La frequence des pics de resonance observes sur les caracteristiques courant / tension d'un certain nombre de jonctions sont alors comparees aux frequences de resonances calculees. La derniere partie presente l'utilisation de ces jonctions pour le recepteur 547 ghz de l'experience kao au jpl ainsi que pour le recepteur heterodyne a 440 ghz de l'experience pirog 8. Le vol ballon de l'experience pirog 8 permet de conclure ces travaux.
Pour preparer les futures missions sur satellites en radioastronomie, les melangeurs utilisant des jonctions josephson supraconducteur / isolant / supraconducteur (sis) de type nbn/mgo/nbn ou nbn/a1n/nbn presentent un grand interet dans l'optique de la montee en frequence des instruments heterodynes. Ce memoire presente l'etude, la fabrication et la qualification de dispositifs a base de jonctions sis en nitrure de niobium. Ce travail comprend une partie de caracterisation electrique et structurale de films minces nbn obtenus par pulverisation cathodique reactive et qui aboutit a la determination de conditions optimales de depot. La fabrication de jonctions josephson nbn/mgo/nbn de petite surface (1 m 2) et de fortes densites de courant (>10 ka. Cm 2) est ensuite etudiee de facon a obtenir une technologie fiable et une bonne reproductibilite des parametres geometriques et electriques. Associe a la caracterisation i(v), un procede de traitement thermique permet le controle des densites de courant critique et l'amelioration de la qualite des dispositifs. La premiere qualification a 300 ghz de notre technologie donne une temperature de bruit de recepteur de 726 k ; mais au dela de ce resultat, la qualite des caracteristiques electriques de nos films nbn et des courbes i(v) statiques sont prometteuses pour des applications a des frequences proches du thz.
Les recepteurs heterodynes utilisant des jonctions sis (supraconducteur-isolant-supraconducteur) sont actuellement les plus performants pour detecter des signaux faibles dans le domaine des longueurs d'onde submillimetriques. Tout d'abord, une nouvelle formulation de la theorie de tucker utilisant la geometrie analytique est presentee pour comprendre le fonctionnement quantique des melangeurs a jonctions sis et pour expliquer un certain nombre de leurs proprietes. Il est alors possible de deduire, pour chaque frequence, les valeurs optimales des parametres du circuit d'adaptation, de la tension de polarisation et de la puissance d'oscillateur local qui permettent d'atteindre la sensibilite maximale. Pour obtenir les meilleures performances, il est necessaire de compenser la forte capacite intrinseque de la jonction sis. Ceci est accompli par des circuits micro-ondes distribues constitues de lignes de transmission supraconductrices. Plusieurs modeles ont ete developpes pour calculer les proprietes de lignes de transmission supraconductrices en technologie microruban et coplanaire. Ils utilisent l'approximation quasi-statique et prennent en compte les pertes et la dispersion au-dessus de la frequence de gap des supraconducteurs. Ils sont valables pour les metaux normaux et les supraconducteurs a haute temperature critique. La conception et les performances de deux recepteurs sis developpes dans le cadre de ce travail, et centres sur 380 et 547 ghz respectivement, est ensuite presentee. Nous mettons alors en evidence les limitations de performance theoriques et experimentales pour les frequences superieures a la frequence de gap du supraconducteur utilise. Enfin, certains compromis importants a effectuer pour obtenir des recepteurs sis performants et stables, en vue d'une utilisation future dans l'espace, sont presentes. Nous faisons alors une analyse prospective des performances attendues jusqu'a 1,2 thz pour des recepteurs utilisant le niobium et le nitrure de niobium
Pour préparer les futures missions sur satellites en radioastronomie, le CNES est responsable d'un projet de ballon stratosphérique appelé PRONAOS-SMH pour lequel notre laboratoire doit construire le récepteur à 380 GHz. Ce projet est décrit dans l'introduction. Dans le premier chapitre, j'expose les bases de la supraconductivité, de l'effet Josephson et du fonctionnement du mélangeur SIS. Le chapitre II développe la technologie utilisée pour la fabrication des jonctions SIS: les principes de l'évaporation, de la pulvérisation, de la gravure et de la photolithographie y sont expliqués. Le troisième chapitre est plus particulièrement consacré à la description et à l'optimisation du procédé de fabrication des jonctions en Nb/AI-A1Ox/Nb. Des jonctions fiables de petite dimension (1 micron carré) et de forte densité de courant sont obtenues. Les études nécessaires pour parvenir à ce résultat sont détaillées. L'intégration de ces jonctions dans des récepteurs millimétriques et submillimétriques est décrite dans le chapitre IV. Les premiers résultats obtenus dans le récepteur à 380 GHz sont prometteurs : une température de bruit de 310 K DSB pour le récepteur dans son ensemble a été mesurée à 374 GHz.
L’astrophysique du milieu interstellaire a beneficie depuis peu de la mise au point de recepteurs heterodynes peu bruyants approchant la limite quantique permettant d'observer dans le domaine millimetrique les raies de nombreuses molecules. Le melange quantique est rendu possible par l'utilisation de jonctions sis (supraconducteur-isolant-supraconducteur) fortement non lineaires. Mais l'extension de cette technologie aux longueurs d'onde submillimetriques souleve des problemes et impose : d'employer des supraconducteurs a grand gap ; de reduire la capacite des jonctions, ce qui implique la fabrication de jonctions de taille submicronique et de forte densite de courant critique ; de realiser des guides d'onde ou des structures d'accord mecanique de tres petites dimensions ; des circuits d'accord integres a la jonction qui soient non dispersifs a ces frequences. Un recepteur sis a 630 ghz en guides d'onde, utilisant des jonctions au Nb et au NbN vient d'etre construit et teste en vue de son installation au Caltech Submillimeter Observatory a Hawai. Nous avons egalement etudie experimentalement les jonctions Josephson longues, dans lesquelles des quanta de flux magnetique peuvent se propager de maniere resonnante : de tels oscillateurs a fluxons pourraient jouer le role d'oscillateur local au sein de recepteurs heterodynes monolithiques
Les jonctions SIS ( Supraconducteur-Isolant-Supraconducteur ) sont employees dans les recepteurs radio astronomiques comme melangeur en hyperfrequence. Dans cette these, nous resumons d'abord les bases theoriques pour la comprehension du principe et des particularites d'un capteur SIS. Nous avons fabrique des jonctions tunnel de tres petite surface formees d'electrodes en niobium et d'une barriere tunnel en oxyde d'aluminium. Une tâche majeure de ce travail reside dans l'etude des proprietes des materiaux figurant dans l'elaboration des elements SIS et de leurs incidences sur les courbes I(V). Notamment nous examinons l'effet de proximite lie a une couche intermediaire d'aluminium. Les tricouches sont caracterisees a l'aide de l'oxydation anodique. Le principe de cette methode ainsi que les courbes d'anodisation sont presentes. Le comportement de ces jonctions au cours de traitements thermiques a ete etudie. Nous avons montre que la densite de courant de la jonction peut etre reduite lors du recuit. Ceci represente d'important d'avantages sur le plan pratique. Les resultats des tests en hyperfrequences obtenus dans les domaines frequentiels autour de 100, de 230 et de 350 GHz sont presentes. Dans les elements SIS destines aux recepteurs a structure ouverte, les jonctions tunnel s'integrent dans une structure d'accord fixe. Dans ces dispositifs nous avons observe un effet de resonance provoque par l'oscillation Josephson. Cet effet se manifeste par l'apparition de branches sur les courbes I(V). Finalement nous discutons de la realisation des jonctions tunnel avec une electrode conductrice normale. Ses avantages et ses inconvenients par rapport aux jonctions SIS sont evoques.
La radioastronomie millimetrique et submillimetrique est un domaine specifique, ou il est necessaire d'utiliser des recepteurs au bruit extremement faible. Le fait que les objets d'observation se trouvent sur un fond tres froid est a l'origine de ce besoin. Le prix eleve et la difficulte de construction des radiotelescopes doivent etre valorises par l'usage des recepteurs d'une sensibilite adequate. Au debut de notre travail sur l'amelioration de sensibilite des recepteurs a l'institut de radioastronomie millimetrique (iram), nous avons constate que le temps des observations sur nos 80-370 ghz radiotelescopes ete fortement rallonge par les recepteurs tandis que leur bruit ete superieur de 10 a 20 k. Ce travail presente notre etude des recepteurs heterodynes et a detection directe avec des jonctions supraconducteur-isolant-supraconducteur (sis) pour une application en radioastronomie. L'etude a ete concentree sur la modelisation et l'optimisation des melangeurs sis a la jonction en nb et nbn. Nous avons aussi etudie dans la bande submillimetrique, un recepteur a jonction supraconducter-isolant-conducteur normal-supraconducteur (sins) libre des courants de josephson. Le bruit d'un recepteur developpe lors de notre travail pour la premiere fois dans le domaine radio a atteint un niveau seulement trois fois superieure a la limite quantique. Le bruit minimum des recepteurs des bandes 0. 8 mm, 1. 3 mm, 2 mm, 3 mm se situe entre 19 et 22 k. Sur les 7 antennes de l'iram et du sest ses 20 nouveaux recepteurs sis ont ete equipes. Pour la premiere fois un recepteur sis faible bruit a ete developpe avec des jonctions en nbn