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超导动态电感探测器又称微波动态电感探测器,是采用低能隙超导材料(如Al、TiNx等)而制成具有高Q值的共面波导谐振器,其通过入射光子拆散Cooper Pairs造成超导薄膜表面动态电感和Q值的变化进行探测。采用平面制备工艺和频分复用读出方式,在大型阵列集成中具有明显优势,已经成为太赫兹波段灵敏度最高的探测器之一。其在天体物理学领域尤其是在宇宙微波背景辐射探测方面价值巨大,已在一些相关探测任务中发挥重要作用。 首先,本文从太赫兹天文学引入,介绍低温超导太赫兹探测器的发展历程,以及该类型探测器在当今天文探测任务中的应用。同时简单分析了MKIDs探测器的工作机制和相对其他探测器的优势。 其次,介绍了超导薄膜的电动力学,结合共面波导(CPW)和四分之一波长微波谐振器的特性,深入综合的研究了MKIDs探测器的探测机理。 再次,结合实验室设计的64像元的芯片,对芯片的超导薄膜工艺制备过程进行了详细的讲解,包括涂光刻胶、紫外线曝光、蒸镀镀膜、光刻胶剥离等工艺。利用方块电阻测量仪测量薄膜方块电阻和电阻率等参数,并结合 X射线衍射仪(XRD)对薄膜进行晶粒尺寸,结晶度,晶向等参量进行分析。利用自动超声波电焊仪进行芯片的安装固定。 最后,本文将芯片安装在真空杜瓦,利用稀释制冷机营造毫开温区环境,在矢网上测量其传输系数。分析不同温度,不同输入功率以及杜瓦窗口不同探测目标对谐振特性的影响。得到了与设计频率(4-5.575GHz)符合度很好的芯片,其Q值高达104。 本文具有以下特色:1)利用XRD对芯片微观结构及成膜质量进行分析,为以后镀膜工艺参数优化和提高探测器性能提供积累材料。2)分析实际Q值随谐振频率和温度的变化。将设计的耦合因子跟理论计算值进行对比,找出两者的差异并分析其原因。3)给出了实测谐振频率随温度的偏移率变化曲线,并利用Mattis-Bardeen理论拟合和实测值进行了对比分析。