Abstract
This work summarizes the progress in the study of the superconductor response to optical radiation and in the development of infrared detectors. The recent advances in the design of high-T c superconducting radiation detectors using silicon microfabrication technology are emphasized. Thermal and optical properties important for the detector performance are discussed. The mechanism of the nonequilibrium optical response and its potential use to build fast and sensitive radiation detectors are described. Future challenges and opportunities in the development of high-T c superconducting radiation detectors are highlighted.
Similar content being viewed by others
References
P. L. Richards, J. Clarke, R. Leoni, Ph. Lerch, S. Verghese, M. R. Beasley, T. H. Geballe, R. H. Hammond, P. Rosenthal and S. R. Spielman,Appl. Phys. Lett. 54, 283 (1989).
J. Clarke, G. I. Hoffer, P. L. Richards and N.-H. Yeh,J. Appl. Phys. 48, 4865 (1977).
P. W. Kruse,Semicond. Sci. Technol. 5, S229 (1990).
A. Frenkel,Physica C 180, 251 (1991).
I. A. Khrebtov,Sov. J. Opt. Technol. 58, 261 (1991).
J. E. Sauvageau, D. G. McDonald and E. N. Grossman,IEEE Trans. Magn. 27, 2757 (1991).
D. G. McDonald,Appl. Phys. Lett. 50, 775 (1987).
J. Brasunas, B. Lakew and C. Lee,J. Appl. Phys. 71, 3639 (1992).
M. I. Flik, Z. M. Zhang and K. E. Goodson,Appl. Phys. Lett. 62, 2862 (1993).
G. L. Carr, M. Quijada, D. B. Tanner, C. J. Hirschmugl, G. P. Williams, S. Etemad, B. Dutta, F. DeRosa, A. Inam, T. Venkatesan and X. Xi,Appl. Phys. Lett. 57, 2725 (1990).
C. G. Levey, S. Etemad and A. Inam,Appl. Phys. Lett. 60, 126 (1992).
S. Verghese, P. L. Richards, K. Char, D. K. Fork and T. H. Geballe,J. Appl. Phys. 71, 2491 (1992).
B. R. Johnson, T. Ohnstein, C. J. Han, R. Higashi, P. W. Kruse, R. A. Wood, H. Marsh and S. B. Dunham,IEEE Trans. Appl. Supercond. 3, 2856 (1993).
A. Frenkel,Phys. Rev. B 48, 9717 (1993).
R. A. Smith, F. E. Jones and R. P. Chasmar,The Detection and Measurement of Infra-Red Radiation, 2nd edn. (Oxford University Press, London, 1968).
V. L. Newhouse,Applied Superconductivity (Wiley, New York, 1964), Chap. 8.
F. J. Low and A. R. Hoffman,Appl. Opt. 2, 649 (1963).
R. C. Jones,Proc. IRE 47, 1481 (1959).
P. Rosenthal, R. H. Hammond, M. R. Beasley, R. Leoni, Ph. Lerch and J. Clarke,IEEE Trans. Magn. 25, 973 (1989).
J. Brasunas and B. Lakew,Proc. SPIE 1477, 166 (1991).
S. Verghese, P. L. Richards, K. Char and S. A. Sachtjen,IEEE Trans. Magn. 27, 3077 (1991).
M. Lindgren, H. Ahlberg, A. Larsson, S. T. Eng and M. Danerud,Phys. Scr. 44, 105 (1991).
M. Nahum, Q. Hu, P. L. Richards, S. A. Sachtjen, N. Newman and B. F. Cole,IEEE Trans. Magn. 27, 3081 (1991).
B. Dwir and D. Pavuna,J. Appl. Phys. 72, 3855 (1992).
A. Frenkel, M. A. Saifi, T. Venkatesan, P. England, X. D. Wu and A. Inam,J. Appl. Phys. 67, 3054 (1990).
Q. Hu and P. L. Richards,Appl. Phys. Lett. 55, 2444 (1989).
K. Li, J. E. Johnson and B. W. Aker,J. Appl. Phys. 73, 1531 (1993).
T. G. Stratton, B. E. Cole, P. W. Kruse, R. A. Wood, K. Beauchamp, T. F. Wang, B. Johnson and A. M. Goldman,Appl. Phys. Lett. 57, 99 (1990).
D. B. Fenner, Q. Li, W. D. Hamblen, M. E. Johansson, D. G. Hamblen, L. Lynds and J. I. Budnick,IEEE Trans. Appl. Supercond. 3, 2104 (1993).
Q. Li, D. B. Fenner, W. D. Hamblen, and D. G. Hamblen,Appl. Phys. Lett. 62, 2428 (1993).
C. A. Bang, M. I. Flik, M. A. Schmidt and Z. M. Zhang, United States Patent No. 5264375 (1993).
C. A. Bang, J. P. Rice, M. I. Flik, D. A. Rudman and M. Schmidt,J. Microelectromech. Syst. 2, 160 (1993).
T. P. Orlando and K. A. Delin,Foundations of Applied Superconductivity (Addison-Wesley, Reading, Massachusetts, 1991), Chap. 3.
B. I. Verkin, B. B. Banduryan, A. V. Bondarenko, V. G. Efremenko, V. A. Konovodchenko, M. A. Obolenskii and G. v. Shustakova,Sov. J. Low Temp. Phys. 14, 387 (1988).
D. Robbes, P. Langlois, C. Dolabdjian, D. Bloyet, J. F. Hamet and H. Murray,IEEE Trans. Appl. Supercond. 3, 2123 (1993).
A. Gilabert,Ann. Phys. Fr. 15, 255 (1990).
K. E. Gray, ed.,Nonequilibrium Superconductivity, Phonons, and Kapitza Boundaries (Plenum Press, New York, 1981).
D. N. Langenberg and A. I. Larkin, eds.,Nonequilibrium Superconductivity (North-Holland, Amsterdam, Holland, 1986).
J. A. Pals, K. Weiss, P. M. T. M. van Attekum, R. E. Horstman, and J. Wolter,Phys. Rep. (review section ofPhys. Lett.)89, 323 (1982).
Y. Enomoto and T. Murakami,J. Appl. Phys. 59, 3807 (1986).
T. Nishino, H. Nakane, Y. Tarutani, M. Hirano, T. Aida, S. Kominami, and U. Kawabe,Jpn. J. Appl. Phys. 26, L1320 (1987).
J. C. Culbertson, U. Strom, S. A. Wolf and W. W. Fuller,Phys. Rev. B 44, 9609 (1991).
M. Leung, U. Strom, J. C. Culbertson, J. H. Claassen, S. A. Wolf and R. W. Simon,Appl. Phys. Lett. 50, 1961 (1987).
D. P. Osterman, P. Marr, H. Dang, C.-T. Yao and M. Radparvar,IEEE Trans. Magn. 27, 2681 (1991).
D. P. Osterman, R. Patt and R. Madhavrao,IEEE Trans. Appl. Supercond. 3, 2860 (1993).
H. S. Kwok, J. P. Zheng, Q. Y. Ying and R. Rao,Appl. Phys. Lett. 54, 2473 (1989).
E. Zeldov, N. M. Amer, G. Koren and A. Gupta,Phys. Rev. B 39, 9712 (1989).
A. Frenkel, M. A. Saifi, T. Venkatesan, C. Lin, X. D. Wu, and A. Inam,Appl. Phys. Lett. 54, 1594 (1989).
M. Johnson,Appl. Phys. Lett. 59, 1371 (1991).
A. D. Semenov, G. N. Gol'tsman, I. G. Gogidze, A. V. Sergeev, P. T. Lang and K. F. Renk,Appl. Phys. Lett. 60, 903 (1992).
R. S. Nebosis, R. Steinke, P. T. Lang, W. Schatz, M. A. Heus- inger, K.F. Renk, G. N. Gol'tsman, B. S. Karasik, A. D. Semenov, and E. M. Gershenzon,J. Appl. Phys. 72, 5496 (1992).
A. Ghis, J. C. Villegier, S. Pfister, M. Nail and Ph. Gibert,Appl. Phys. Lett. 63, 551 (1993).
N. Bluzer,Phys. Rev. B 44, 10222 (1991).
N. Bluzer,J. Appl. Phys. 71, 1336 (1992).
S. G. Han, Z. V. Vardeny, K. S. Wong, O. G. Symko and G. Koren,Phys. Rev. Lett. 65, 2708 (1990).
S. D. Brorson, A. Kazeroonian, D. W. Face, T. K. Cheng, G. L. Doll, M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, E. P. Ippen, T. Venkatesan, X. D. Wu and A. Inam,Solid State Commun. 74, 1305 (1990).
J. M. Chwalek, C. Uher, J. F. Whitaker, G. A. Mourou, J. Agostinelli and M. Lelental,Appl. Phys. Lett. 57, 1696 (1990).
E. N. Grossman, D. G. McDonald and J. E. Sauvageau,IEEE Trans. Magn. 27, 2677 (1991).
S. I. Anisimov, B. L. Kapeliovich, and T. L. Perel'man,Sov. Phys. JETP 39, 375 (1974).
T. Q. Qiu and C. L. Tien,Int. J. Heat Mass Transfer 35, 719 (1992).
A. Rothwarf and B. N. Taylor,Phys. Rev. Lett. 19, 27 (1967).
C. S. Owen and D. J. Scalapino,Phys. Rev. Lett. 28, 1559 (1972).
M. I. Flik, P. E. Phelan, and C. L. Tien,Cryogenics 30, 1118 (1990).
K. Fushinobu, P. E. Phelan, K. Hijikata, T. Nagasaki and M. I. Flik,J. Heat Transfer 116, 275 (1994).
Z. M. Zhang, R. U. Datla, S. R. Lorentz and H. C. Tang, to appear inJ. Heat Transfer (November, 1994).
H. Neff,J. Appl. Phys. 69, 8375 (1991).
P. E. Phelan, G. Chen and C. L. Tien,J. Heat Transfer 114, 227 (1992).
Z. M. Zhang, B. I. Choi, T. A. Le, M. I. Flik, M. P. Siegal and J.M. Philips,J. Heat Transfer 114, 644 (1992).
P. E. Phelan, M. I. Flik and C. L. Tien,J. Heat Transfer 113, 487 (1991).
D. C. Mattis and J. Bardeen,Phys. Rev. 111, 412 (1958).
M. I. Flik, Z. M. Zhang, K. E. Goodson, M. P. Siegal and J. M. Phillips,Phys. Rev. B 46, 5606 (1992).
K. F. Renk, inStudies of High-Temperature Superconductors, A. V. Narlikar, ed., Vol. 10 (Nova Science Publishers, New York, 1992).
D. B. Tanner and T. Timusk, inPhysical Properties of High Temperature Superconductors, D. M. Ginsberg, ed., Vol. 3 (World Scientific, Singapore, 1992), pp. 363–469.
T. Timusk and D. B. Tanner, inPhysical Properties of High-Temperature Superconductors, D. M. Ginsberg, ed., Vol. 1 (World Scientific, Singapore, 1989), pp. 339–407.
Z. M. Zhang, T. A. Le, M. I. Flik and E. G. Cravalho,J. Heat Transfer 116, 253 (1994).
J. Bardeen, L. N. Cooper and J. R. Schrieffer,Phys. Rev. 108, 1175 (1957).
W. Zimmermann, E. H. Brandt, M. Bauer, E. Seider and L. Genzel,Physica C 183, 99 (1991).
R. T. Collins, Z. Schlesinger, F. Holtzberg and C. Feild,Phys. Rev. Lett. 63, 422 (1989).
S. L. Cooper, G. A. Thomas, J. Orenstein, D. H. Rapkine, M. Wapizzi, T. Timusk, A. J. Millis, L. F. Schneemeyer and J. V. Waszczak,Phys. Rev. B. 40, 11358 (1989).
K. Kamaras, S. L. Herr, C. D. Porter, N. Tache, D. B. Tanner, S. Etemad, T. Venkatesan, E. Chase, A. Inam, X. D. Wu, M. S. Hegde and B. Dutta,Phys. Rev. Lett. 64, 84 (1990).
K. F. Renk, B. Gorshunov, J. Schützmann, A. Prückl, B. Brunner, J. Betz, S. Orbach, N. Klein, G. Müller and H. Piel,Europhys. Lett. 15 661 (1991).
J. Schützmann, W. Ose, J. Keller, K. F. Renk, B. Roas, L. Schultz and G. Saemann-Ischenko,Europhys. Lett. 8, 679 (1989).
D. van der Marel, H.-U. Habermeier, D. Heitmann, W. König and A. Wittlin,Physica C 176, 1 (1991).
B. I. Choi, Z. M. Zhang, M. I. Flik and T. Siegrist,J. Heat Transfer 114, 958 (1992).
Z. M. Zhang and M. I. Flik,IEEE Trans. Appl. Supercond. 3, 1604 (1993).
M. I. Flik,Appl. Mech. Rev. 44, 93 (1991).
C. Uher,J. Supercond. 3, 337 (1990).
C. Uher, inPhysical Properties of High-Temperature Super conductors, D. M. Ginsberg, ed., Vol. 3 (World Scientific, Singapore, 1992), pp. 159–284.
M. I. Flik and C. L. Tien,J. Heat Transfer 112, 872 (1990).
R. A. Richardson, S. D. Peacor, C. Uher and F. Nori,J. Appl. Phys. 72, 4788 (1992).
K. E. Goodson and M. I. Flik,J. Heat Transfer 115, 17 (1993).
J. L. Cohn, S. A. Wolf, T. A. Vanderah, V. Selvamanickam and K. Salama,Physica C 192, 435 (1992).
L. J. Shaw-Klein, S. J. Burns, A. M. Kadin, S. D. Jacobs and D. S. Mallory,Supercond. Sci. Technol. 5, 368 (1992).
M. Nahum, S. Verghese, P. L. Richards and K. Char,Appl. Phys. Lett. 59, 2034 (1991).
C. D. Marshall, I. M. Fishman and M. D. Fayer,Phys. Rev. B 43, 2692 (1991).
S. Zeuner, H. Lengfellner, J. Betz, K. F. Renk and W. Prettl,Appl. Phys. Lett. 61, 973 (1992).
W. A. Little,Can. J. Phys. 37, 334 (1959).
P. E. Phelan, O. Nakabeppu, K. Ito, K. Hijikata and T. Ohmori, inHeat Transfer in Superconducting Equipment, P. W. Eckels and K. M. Obasih eds., ASME HTD Vol. 229 (ASME, New York. 1992), pp. 33–38.
E. T. Swartz and R. O. Pohl,Rev. Mod. Phys. 61, 605 (1989).
R. W. Breckenridge, Jr.,Opt. Eng. 14, 57 (1975).
D. K. Christen, R. C. Dynes, V. J. Emery, C. M. Falco, D. U. Gubser, S. Jin, H. Kroger and D. T. Shaw,Cryogenics 32, 338 (1992).
Author information
Authors and Affiliations
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Zhang, Z.M., Frenkel, A. Thermal and nonequilibrium responses of superconductors for radiation detectors. J Supercond 7, 871–884 (1994). https://doi.org/10.1007/BF00732263
Received:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF00732263