Моделирование процессов распространения тепла в чувствительном элементе термоэлектрического однофотонного детектора с поглотителем из высокотемпературного сверхпроводника - Кузанян, А. А.; Никогосян, В. Р.; Маргиани, Н. Г.; Мумладзе, Г. А.; Арутюнян, С. Р.; Кузанян, А. С.
Методом компьютерного моделирования исследованы процессы распространения тепла в пятислойном чувствительном элементе термоэлектрического однофотонного детектора после поглощения фотонов с энергией 0.8–1000 эВ. Предложена конструкция чувствительного элемента, состоящая из последовательно расположенных на сапфировой подложке слоев теплоотвода Bi2223, термоэлектрического сенсора CeB6, поглотителя Bi2223 и антиотражающего слоя SiO2. Компьютерное моделирование проводилось на основе уравнения распространения тепла из ограниченного объема с использованием трехмерного матричного метода для дифференциальных уравнений. Временная зависимость интенсивности сигнала рассчитана для различных толщин слоев чувствительного элемента. Показано, что чувствительный элемент SiO2/Bi2223/CeB6/Bi2223/Al2O3 с поверхностью 10×10 мкм2 может регистрировать как одиночные фотоны в широкой спектральной области от ближнего ИК до рентгена, так и считать число одновременно поглощенных фотонов вплоть до восьми. Использованием в конструкции чувствительного элемента высокотемпературного сверхпроводника Bi2223 обеспечивается гигагерцовая скорость счета и высокая системная эффективность детектирования. Простота конструкции чувствительного элемента служит предпосылкой для создания многоэлементных сенсоров. Детектор с такими характеристиками может являться представителем следующего поколения однофотонных детекторов в ближайшем будущем. The processes of heat propagation in five-layer detection pixels of the thermoelectric single-photon detector after absorption of 0.8–1000 eV energy photons are investigated by the method of computer simulation. Design of the detection pixel consisting of successive layers on a sapphire substrate of heat sink Bi2223, thermoelectric sensor CeB6, absorber Bi2223, and the antireflection layer SiO2 is proposed. The computer modelling was carried out based on the equation of heat propagation from the limited volume by the use of the three-dimensional matrix method for differential equations. Temporal dependences of the signal intensity for different thicknesses of the layers of the detection pixel are determined. It is shown that the detection pixel SiO2/Bi2223/CeB6/Bi2223/Al2O3 can register single photons in a wide spectral range from near-IR to X-ray, as well as count the number of simultaneously absorbed photons up to eight. The use of Bi2223 high-temperature superconductor in the design of the detection pixel provides a gigahertz count rate and high systemus detection efficiency. The simple design of the detection pixel is a prerequisite for the creation of multi-pixel sensors. A detector with such characteristics could be representative of the next generation single-photon detectors in the near future.
Keywords: Термодинамика