Revêtement en couche mince de nitrure de titane niobium

Les revêtements à adaptation d'impédance sont utilisés pour les applications d'absorption afin de coupler le rayonnement infrarouge moyen à lointain (IR) à un détecteur bolométrique ultrasensible suspendu sur une membrane diélectrique ultrafine. Afin d'offrir une sensibilité adéquate, le détecteur bolométrique doit avoir une faible capacité calorifique. De plus, pour obtenir un rapport signal sur bruit optimal, un filtrage spectral du rayonnement incident est souhaitable.

Les approches conventionnelles pour les revêtements absorbants sont sensibles au vieillissement, ce qui entrave l'efficacité optique transitoire de l'instrument. De plus, les revêtements absorbants conventionnels ont une capacité thermique élevée qui a un impact sur les performances des détecteurs cryogéniques à faible bruit de fond. Les revêtements absorbants classiques sont également réactifs dans la limite des courtes longueurs d'onde, ce qui réduit d'autant leur efficacité de couplage. De plus, certains revêtements absorbants à couches minces présentent des contraintes intrinsèques extrêmement élevées, ce qui peut entraîner la rupture ou la flexion des membranes diélectriques.

Le revêtement en couche mince de nitrure de titane niobium (NbTiN), développé au Goddard Space Flight Center de la NASA, peut coupler optiquement la lumière à un détecteur bolométrique suspendu à une membrane diélectrique ultra-mince. Le revêtement peut également filtrer les composants spectraux à basse fréquence qui augmenteraient le bruit limité aux photons du détecteur.

Les couches minces de NbTiN sont fabriquées sur des substrats diélectriques à l'aide d'un processus spécialisé de co-déposition par pulvérisation cathodique réactive. Deux sources de pulvérisation différentes sont utilisées dans lesquelles une source contient une cible de pulvérisation en niobium et l'autre contient une cible de pulvérisation en titane. Le niobium et le titane se déposent dans un milieu riche en azote.

Le revêtement NbTiN peut être utilisé en le déposant sur un côté d'une membrane de silicium ultra-mince et avoir une exigence d'impédance optique bien définie pour une application spécifique - le revêtement NbTiN peut également être déposé sur des membranes sans silicium. Le revêtement NbTiN présente une faible contrainte intrinsèque, ce qui le rend mécaniquement compatible avec une intégration sur des membranes diélectriques ultra-fines. Le revêtement possède l'impédance optique requise pour une absorption à haute efficacité optique. De plus, le revêtement a une température de transition supraconductrice très basse, ce qui lui permet de filtrer le rayonnement à certaines fréquences.

Le revêtement NbTiN est particulièrement utile pour les applications de détecteurs bolométriques cryogéniques ultrasensibles et peut être fabriqué de manière reproductible sans compliquer le processus de fabrication des architectures de détecteurs.

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