Rev. Phys. Appl. (Paris) 9, 53-60 (1974)
DOI: 10.1051/rphysap:019740090105300

dc responsivity of proximity effect bridges to high frequency radiation

M. G. Hauser et D.W. Palmer

California Institute of Technology, Pasadena, California 91109, USA

Abstract
The effect of microwave radiation on the dc current-voltage characteristic of proximity effect bridges has been studied at frequencies of 10, 35 and 90 GHz. We report the properties of bridges fabricated in layered films of Nb and Ta. The fraction ε of the incident radiant power absorbed by the bridge is measured calorimetrically, permitting determination of the intrinsic responsivity (volts per watt of power absorbed when operated in a current-biased mode). In our test geometry ε is typically ˜ 10-4 for a 0.1 Ω Nb-Ta bridge, and increases roughly linearly with dc junction resistance R. Broad-band responsivitv is generally independent of incident power. increases with increasing critical current Ic (decreasing temperature), and decreases with increasing frequency, varying approximately as Ω-3 where Ω is the normalized frequency ħω/2 eRIc. Peak responsivities achieved to date are ˜ 105 V/W (absorbed) at 10 GHz and ˜ 102 V/W (absorbed) at 90 GHz. By mounting junctions in vacuum and exposing them to near-infrared radiation, we have found that their purely bolometric (thermal) response is much weaker than the microwave response at 90 GHz.

Résumé
L'effet d'un rayonnement hyperfréquence sur la caractéristique courant-tension de microponts à effet de proximité en niobium et en tantale a été étudié aux fréquences 10, 35 et 90 GHz. La fraction ε de la puissance rayonnée incidente absorbée directement par le micropont est déterminée par une mesure calorimétrique, ce qui permet de connaître sa réponse intrinsèque (en volt par watt de puissance absorbée lorsqu'il est polarisé par un courant). ε est de l'ordre de 10-4 pour un pont Nb-Ta de 0,1 Ω et croit comme le carré de la résistance R de la jonction mesurée en courant continu. La réponse en large bande est en général indépendante de la puissance incidente mais croit avec le courant critique Ic et décroît lorsque la fréquence augmente. Elle varie approximativement comme Ω-3 si Ω est la fréquence normalisée ħω/2 eRIc. Les meilleures réponses obtenues actuellement sont de 105 V/W absorbé à 10 GHz et 10 2 V/W absorbé à 90 GHz. En plaçant les jonctions dans le vide et en les exposant à un rayonnement dans le proche infrarouge, on remarque que leur réponse thermique est bien plus faible que leur réponse aux hyperfréquences à 90 GHz.

PACS
8525P - Superconducting infrared, submillimeter and millimeter wave detectors.
0757K - Bolometers; infrared, submillimeter wave, microwave, and radiowave receivers and detectors.

Key words
Radiation detectors -- Microwave -- IV characteristic -- Superconducting junctions -- Proximity effect (superconductivity) -- Multilayers -- Response functions -- Physical radiation effects -- Josephson effect -- Critical current -- Frequency dependence -- Temperature effect -- Bridge circuits