Barcelona, 28 de Septiembre de 20071 Métodos para la Caracterización de TES.

Barcelona, 28 de Septiembre de 2007 1

Métodos para la Caracterización de TES


Índice

1. Sistema de caracterización de un TES

2. Medidas de caracterización de un TES 2.1. R(T)

2.1.1. Cálculo de alfa 2.2. Curva I-V

2.2.1. Potencia disipada 2.2.2. Conductancia térmica.

2.3. Impedancia compleja:Z()

3. Algunas características de las muestras


Lo que en SRON tienen para caracterizar un TES…



SQUID R Shunt TES

Bobina

I

Es fundamental un buen apantallamiento eléctrico y magnético del sistema



Es fundamental un buen apantallamiento eléctrico y magnético del sistema

SQUID R Shunt TESBobina

I


Existen dos formas de apantallar el sistema:

La electrónica se coloca dentro de una jaula Faraday ADR

El refrigerador actúa como jaula FaradayRefrigerador de dilución

Además :

Todos los cables se filtran a temperatura ambiente, y a 4,2 K en el ADR.

La instalación tiene su propia tierra, transformador de aislamiento y link óptico al ordenador.


2.Medidas de caracterización de un TES Caracterización del termómetro:R(T), RN, Tc y T.

0,34 0,35 0,36 0,37

0,0

0,4

0,8 Equation: p1*exp((x-p2)/p3) R^2 = 0.95536P1 1.02 ±0P2 0.3516 ±0P3 0.00101 ±3.9879E-6

R(ohm)

T(K)

Tc=351,6mK punto 470R

N=1,02 Ω

=0,3516/0,00101=348

Cálculo de para la muestra 14-1_Wet etching

0,340 0,345 0,350 0,355 0,360 0,365 0,370

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

alfa

T(K)

(T) para la muestra 14-1_Wet etching

€

R(T ) = RNe(T−TC

ΔT)

se define como T/R·dR/dT. Para obtener independiente de T:

Para T<Tc

€

=TCΔT

Donde T se obtiene del ajuste


Si lo que se quiere obtener es (T)…

0,340 0,345 0,350 0,355 0,360 0,365 0,3700,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

R(Ohm)

T(K)

R(T) para 14-1_Wet Etching

0,340 0,345 0,350 0,355 0,360 0,365 0,370

-100

-50

0

50

100

150

alfa

T(K)

(T) para la muestra 14-1_Wet etching promediando R(T) en temperatura.

La medida tiene mucho ruido, hay que promediar los valores de R


Caracterización del sensor: curva I-V

Ic

I TES

I Bias

Bias Point

R shunt-paralelo-R parasita

R shunt-paralelo- (Rparásita + R Tes)

€

ITES = IBiasRShunt

RShunt + RParasita

€

ITES = IBiasRShunt

RShunt + RParasita + RTES

Superconductor

Normal

SQUID R Shunt TESBobina

I


Caracterización del sensor: curva I-V

0 50 100 150 200 250 3000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Vout(V)

Ibias(uA)

Vout en función de Ibias

SC

N

0,0 0,5 1,0 1,5 2,00

10

20

30

40

50

ITES

(μ)A

VTES

(μV)

Curva I-V del TES

1- Corregir el offset 2- Convertir la salida del SQUID en la corriente que atraviesa el TES

€

ITES =I fb

MLin/ML fb

=Vout /RfbMLin

/ML fb

3- Ajustar las rectas de las zonas SC y N a rectas de pendiente:

€

p =RShunt

RShunt + Rparásita + RN

€

p =RShunt

RShunt + Rparásita

Zona Normal

Zona Superconductora


A partir de la curva I-V pueden obtenerse otros parámetros…

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Pdisipada

(pW)

VTES

(μV)

Pdisipada en función del Voltaje en el TES

0,06 0,07 0,08 0,09

1,00E-012

2,00E-012

3,00E-012

4,00E-012

5,00E-012

6,00E-012

n=3,67k=3,4e-8kTc^n=7,1e-12Tc=0,099KG=2,6e-10

Equation: p1-p2*x^p3 Chi^2/DoF = 8.5794E-28R^2 = 0.99989 P1 7.1546E-12 ±6.2046E-14P2 3.4338E-8 ±6.9327E-9P3 3.6582 ±0.09068

P(W)

Tb(K)

Cálculo de G a partir de la Pdisipada

En la transición Tcte

P también será aproximadamente constante.

Determinando las curvas I-V del TES paravarias temperaturas del baño podemos obtener los parámetros K y n; y con ellos laconductancia al baño:

€

P = K T n − Tbn

( )

€

G =dP

dT= nKTc

n−1 ≈n

TcP


2.3. Impedancia compleja: Z()

Se polariza el circuito en un punto con una fuente DC y se introduce en el sistema un ruido blanco. La impedancia compleja se obtiene a partir de la transformada de Fourier de Vin(t) y de Iout(t):

A partir de esta medida pueden obtenerse todos los parámetros relevantes del sensor.

€

Z(ω ) =V(ω )

I(ω )

I

V


3. Algunas características de las muestras

Los valores nominales de los elementos del circuito de lectura de un TES se determinan mediante la resolución de las ecuaciones de estabilidad del sistema en el modelo de pequeñas señales.

De ellas se deduce que:

Algunos valores típicos:Ln=24,5·10-4

n=4=300

T=0,100Gbath=1mW/K

Con ellos Rn<300mΩ para que el sistema sea estable.

Nuestras bicapas tienen Rn del orden de 1Ω!!!

€

Rn <LnT

Gbath

n

α

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