Revestimiento de película fina de nitruro de titanio y niobio

Los recubrimientos de impedancia adaptada se utilizan para aplicaciones absorbentes para acoplar la radiación infrarroja media a lejana (IR) a un detector bolométrico ultrasensible suspendido en una membrana dieléctrica ultrafina. Para proporcionar una capacidad de respuesta adecuada, el detector bolométrico debe tener una baja capacidad calorífica. Además, para lograr una relación señal/ruido óptima, es deseable el filtrado espectral de la radiación incidente.

Los enfoques convencionales para los recubrimientos absorbentes son susceptibles al envejecimiento, lo que dificulta la eficiencia óptica transitoria del instrumento. Además, los recubrimientos absorbentes convencionales tienen una alta capacidad calorífica que afecta el rendimiento de los detectores criogénicos de fondo bajo. Los recubrimientos absorbentes convencionales también son reactivos en el límite de longitud de onda corta, lo que reduce correspondientemente su eficiencia de acoplamiento. Además, algunos recubrimientos absorbentes de película delgada tienen una tensión intrínseca extremadamente alta, lo que puede hacer que las membranas dieléctricas se rompan o se doblen.

El recubrimiento de película delgada de nitruro de titanio y niobio (NbTiN), desarrollado en el Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA, puede acoplar ópticamente la luz a un detector bolométrico que está suspendido en una membrana dieléctrica ultradelgada. El revestimiento también puede filtrar los componentes espectrales de baja frecuencia que aumentarían el ruido limitado por fotones del detector.

Los recubrimientos de película delgada de NbTiN se fabrican sobre sustratos dieléctricos mediante un proceso de codeposición de pulverización reactiva especializado. Se utilizan dos fuentes de bombardeo iónico diferentes en las que una fuente contiene un objetivo de bombardeo iónico de niobio y la otra contiene un objetivo de bombardeo iónico de titanio. El niobio y el titanio se depositan en un entorno rico en nitrógeno.

El recubrimiento de NbTiN se puede usar depositándolo en un lado de una membrana de silicio ultradelgada y tiene un requisito de impedancia óptica bien definido para una aplicación específica; el recubrimiento de NbTiN también se puede depositar en membranas que no son de silicio. El recubrimiento de NbTiN tiene una tensión intrínseca baja, lo que lo hace mecánicamente compatible con la integración en membranas dieléctricas ultradelgadas. El recubrimiento posee la impedancia óptica requerida para una absorción de alta eficiencia óptica. Además, el revestimiento tiene una temperatura de transición superconductora muy baja, lo que le permite filtrar la radiación a determinadas frecuencias.

El recubrimiento de NbTiN es especialmente útil para aplicaciones de detectores bolométricos criogénicos ultrasensibles y se puede fabricar de manera reproducible sin complicar el proceso de fabricación de arquitecturas de detectores.

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