行业观察NASAJPL利用二硼化镁

与大多数的现代系统一样,空间探测器的先进功能是由半导体器件来实现的,尤其是在航天器上,传感技术是其最关键的应用之一。然而,普通的半导体器件并不适用于探测来自早期宇宙的微弱远红外光或来自高数据速率的深空光通信系统光子,但在超导体中,则可以在不损失电流和电阻损耗的情况下使用这种探测器。然而,超导只有在极低的温度下才有可能实现——低于材料的“转变”温度。若使用典型、最先进的超导材料,温度却很难达也很难维持,而且成本很高。因此,提高转变温度对于实现实用、经济实惠的超导体至关重要。JPL的工程师利用二硼化镁(MgB2)制造出了新的半导体,这种半导体在-℉(或绝对零度以上64℉)的温度下变得超导,其工作温度比传统超导材料高约20K,这就使得更容易制造制冷机。MgB2还可以将频率上限提高到1THz以上,从而有可能满足实现新的任务类型和器件。这项研究的其中一个主要目标是启用插入式替代材料来制造新器件,包括大型遥感阵列。近乎透明的超导薄膜(25nm厚),与设备之间提供良好的电热接触但也有一个障碍,就是MgB2很难制造,而且很难扩大到可用于更大器件的尺寸。JPL的新技术是采用可扩展的薄膜沉积工艺,使用传统精密制造设备,制造出非常光滑的表面(粗糙度小于2nm),并且薄膜的退火时间还小于1min。调整薄膜的化学性质可以调整其电阻率,只需稍微改变超导转变温度即可改变一个数量级,所以由此制造的传感器不仅在更高温度下更为敏感,而且比之前的传感器具有更高的红外灵敏度。

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