超導(dǎo)轉(zhuǎn)變邊緣傳感器的建模仿真及實驗表征.pdf

1、超導(dǎo)轉(zhuǎn)變邊緣傳感器(TES)作為擁有光子數(shù)分辨能力、高探測效率及低暗計數(shù)等優(yōu)勢的高靈敏度低溫探測器，已在各個相關(guān)領(lǐng)域得到迅速發(fā)展。隨著TES應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，我們需要借助能支持TES模型的電子設(shè)計自動化(EDA)工具對TES行為進(jìn)行深入研究。但是由于缺少能精確預(yù)測TES行為的器件模型，目前并不存在支持TES研究的EDA工具。當(dāng)前的研究方法如小信號模型和擬合曲線模型都存在應(yīng)用局限性而無法滿足TES研究需要，所以不適合集成到EDA工具中對

2、TES電路進(jìn)行優(yōu)化和器件輔助設(shè)計等工作。
　　TES作為高度非線性的電熱器件，具有復(fù)雜的物理行為，本文中我們采用超導(dǎo)二流體理論作為TES器件建模的理論基礎(chǔ)。同時利用SPICE基礎(chǔ)元件多項式控制源成功構(gòu)建了TES等效電阻模型，TES等效電阻模型具有廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)能在各種EDA仿真器中得到集成使用。同時為了擴(kuò)大TES器件模型在不同工作條件下的實用性，我們又建立了TES IV關(guān)系模型，IV關(guān)系模型使用PSPICE高級建模功能模擬行為建模

3、技術(shù)(ABM)作為建模工具，整個建模過程相對簡單且方便使用?？傮w來說，我們TES電阻模型和IV關(guān)系模型只依賴于TES器件參數(shù)不局限于小信號模型，同時這些參數(shù)具有清楚的物理意義且易被測量。
　　我們將TES等效電阻模型和IV關(guān)系模型集成到先進(jìn)的EDA設(shè)計工具如CADENCE和OrCAD中并形成模型符號，使得TES仿真應(yīng)用方便快捷。TES仿真結(jié)果與已發(fā)表實驗數(shù)據(jù)相當(dāng)符合，說明我們TES器件模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測TES電路行為。同時通過不同仿

4、真應(yīng)用我們詳細(xì)討論了TES器件模型在研究TES行為和電路優(yōu)化中所起到的作用。我們也具體給出了TES溫度靈敏度α和電流靈敏度β與TES器件參數(shù)及穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)的依賴關(guān)系，這是小信號模型和擬合曲線模型無法做到的。
　　交變電壓偏置TES電路是頻分復(fù)用(FDM)技術(shù)的關(guān)鍵部分，與直流電壓偏置模式下的TES行為特征有明顯不同。本文中我們利用TES器件模型對交變電壓偏置下TES行為和信號響應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)說明。最后我們介紹了基于Al/Ti雙層膜TE