PDF《超导转变边沿探测器的电热仿真》

超导转变边沿探测器的电热仿真 吕越1, 高波2 1.

超导电子学卓越创新中心,上海微系统与信息技术研究所,上海市 2.超导电子学卓越创新中心,上海微系统与信息技术研究所,上海市 简介:超导转变边沿探测器(TES)是一种电压偏 置的电热器件,稳态时超导薄膜产生的焦耳热 与通过热连接传递到热沉的热量相等.本文利 用有限元仿真软件 COMSOL Multiphysics? 对 处于热平衡的TES进行了电流-热传导仿真.得 到稳态时TES器件的温度分布,并计算得到TES 器件的关键参数热导G,同时得到了器件处于 稳态时薄膜温度与偏置电压(V-T)的关系,这 对于器件设计有着极大的帮助. 计算方法: 描述仿真中主要包括两个模块,电 流守恒和热传导模块,电流守恒及热传导方程 如下.器件材料极低温属性如表1. AlMn薄膜通过电压偏置产生焦耳热,同时,热 量通过Si3N4 导走到热沉,实现热稳态,使AlMn薄膜温度稳定在超导转变边内. 变量 数值 单位 AlMn常压热容 0.5*T J/(kg*K) AlMn导热系数 15*T W/(m*K) Si3N4常压热容 25*T2 J/(kg*K) Si3N4热导系数 0.015*T2 W/(m*K) 结论:利用商业有限元仿真软件 COMSOL Multiphysics? 可实现低温探测器的快速准 确求解,解决了包括TES器件热容及热导计 算、偏置电压与温度的关系(V-T)、薄膜内部 温度分布等问题;

探测器薄膜的温度和热导 率分布均可通过 COMSOL 直观地展现. 参考文献: 1.K. D. Irwin and G. C. Hilton,Transition-Edge Sensors 2.王天顺,超导转变边缘传感器的建模仿真及实验表征 图2.器件热传导示意图 图3.器件温度分布图 表1. 器件极低温属性 图4.稳态温度与偏置电压的关系 图1. TES器件示意图