Revestimento de Filme Fino de Nióbio Titânio Nitreto de Alto Desempenho para Absorvedores de Detectores Infravermelhos

Revestimentos de impedância casada são usados para aplicações de absorvedor para acoplar radiação infravermelha média a longa (IR) a um detector bolométrico ultrasensível suspenso em uma membrana dielétrica ultrfina. Para fornecer responsividade adequada, o detector bolométrico deve ter baixa capacidade térmica. Além disso, para alcançar uma razão sinal-ruído ideal, filtragem espectral da radiação incidente é desejável.

Abordagens convencionais para revestimentos de absorvedor são suscetíveis a envelhecimento, o que prejudica a eficiência óptica transitória do instrumento. Além disso, revestimentos de absorvedor convencionais têm alta capacidade térmica que impacta o desempenho de detectores criogênicos de baixo fundo. Revestimentos de absorvedor convencionais também são reativos no limite de comprimento de onda curto, o que reduz correspondentemente sua eficiência de acoplamento. Além disso, alguns revestimentos de filme fino de absorvedor têm tensão intrínseca extremamente alta, o que pode causar quebra ou dobra das membranas dielétricas.

Revestimento de Filme Fino de Nióbio Titânio Nitreto (NbTiN), desenvolvido no Goddard Space Flight Center da NASA, pode acoplar opticamente luz a um detector bolométrico suspenso em uma membrana dielétrica ultrfina. O revestimento também pode filtrar componentes espectrais de baixa frequência que aumentariam o ruído limitado por fótons do detector.

Revestimentos de filme fino NbTiN são fabricados em substratos dielétricos usando um processo especializado de co-deposição por sputtering reativo. Duas fontes de sputtering diferentes são usadas, nas quais uma contém um alvo de sputtering de nióbio e a outra contém um alvo de sputtering de titânio. O nióbio e o titânio são depositados em um ambiente rico em nitrogênio.

O revestimento NbTiN pode ser usado depositando-o em um lado de uma membrana de silício ultrfina e ter um requisito de impedância óptica bem definido para uma aplicação específica — o revestimento NbTiN pode ser depositado em membranas não de silício também. O revestimento NbTiN tem baixa tensão intrínseca, o que o torna mecanicamente compatível com integração em membranas dielétricas ultrfinas. O revestimento possui a impedância óptica requerida para alta eficiência de absorção óptica. Além disso, o revestimento tem uma temperatura de transição supercondutora muito baixa, o que permite filtrar radiação em certas frequências.

O revestimento NbTiN é especialmente útil para aplicações de detectores bolométricos criogênicos ultrasensíveis e pode ser fabricado de forma reproduzível sem complicar o processo de fabricação de arquiteturas de detectores.

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