Jonctions supraconductrices a effet tunnel pour le comptage de photons en astronomie

par BERTRAND DELAET

Thèse de doctorat en Sciences et techniques

Sous la direction de Alain Castets.

Soutenue en 2000

à Grenoble 1 .

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  • Résumé

    Ce memoire presente la realisation et l'etude des jonctions supraconductrices a effet tunnel (jset) de type nb/al-alo x-al-nb, ainsi que les resultats preliminaires obtenus sur la detection et le comptage de photons a partir de ces jonctions. Les jset incluent une couche photo-absorbante, en niobium ou en tantale epitaxie, dans laquelle l'energie du photon incident est convertie en quasiparticules de duree de vie suffisante pour etre comptees par effet tunnel. Les couches en aluminium, de gap reduit, fonctionnent comme un piege a quasiparticules et permettent d'augmenter l'efficacite du comptage a tres basse temperature. Une premiere etude a consiste en l'optimisation de la qualite cristalline des absorbeurs en niobium et en tantale. Les analyses structurale et electrique realisees demontrent que ces films, deposes par pulverisation cathodique magnetron sur saphir plan r chauffe a 600\c, sont epitaxies suivant (100) et possedent des rapports resistifs de l'ordre de 30 et des libres parcours moyens superieurs a 50 nm. Dans un second temps, nous avons mis au point le procede collectif d'elaboration des jset, isolees ou sous forme matricielle, sur substrat trois pouces, en parallele avec leur caracterisation electrique et magnetique a 4,2 k et 200 mk. La majorite des jonctions ont un facteur de qualite (rapport de la resistance dynamique dans la partie sous le gap d'une caracteristique courant-tension sur la resistance normale de la jonction) superieur a 500000 a 200 mk, preuve d'un procede de fabrication fiable et reproductible. Finalement, nous demontrons la faisabilite du comptage de photons dans l'infrarouge proche ( = 0,78 m) a l'aide d'un detecteur mono-pixel base sur une jset a absorbeur en niobium, refroidie a 200 mk dans un refrigerateur a dilution et lue par une electronique d'amplification et d'aquisition. L'utilisation de tels detecteurs aux performances inegalees ouvre la voie a d'importantes applications en astronomie dans le domaine du visible au proche infrarouge.


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Informations

  • Détails : 124 p.
  • Annexes : 90 ref.

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  • Disponible pour le PEB
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