Recubrimiento de Película Delgada de Nitruro de Niobio Titanio de Alto Rendimiento para Absorbedores de Detectores Infrarrojos

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

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

El Recubrimiento de Película Delgada de Nitruro de Niobio Titanio (NbTiN), desarrollado en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de NASA, puede acoplar ópticamente luz a un detector bolométrico suspendido en una membrana dieléctrica ultra-delgada. El recubrimiento también puede filtrar componentes espectrales de baja frecuencia que aumentarían el ruido limitado por fotones del detector.

Los recubrimientos de película delgada NbTiN se fabrican en sustratos dieléctricos usando un proceso especializado de co-deposición por sputtering reactivo. Se usan dos fuentes de sputtering diferentes en las que una contiene un objetivo de sputtering de niobio y la otra un objetivo de sputtering de titanio. El niobio y el titanio se depositan en un ambiente rico en nitrógeno.

El recubrimiento NbTiN puede usarse depositándolo en un lado de una membrana ultra-delgada de silicio y tener un requisito de impedancia óptica bien definido para una aplicación específica —el recubrimiento NbTiN también puede depositarse en membranas no de silicio. El recubrimiento NbTiN tiene baja tensión intrínseca, lo que lo hace mecánicamente compatible con integración en membranas dieléctricas ultra-delgadas. El recubrimiento posee la impedancia óptica requerida para absorción de alta eficiencia óptica. Además, el recubrimiento tiene una temperatura de transición superconductor muy baja, lo que le permite filtrar radiación en ciertas frecuencias.

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

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