开发用于宇宙微波背景极化实验的镱基过渡态传感器波马比器

下一代宇宙微波背景（CMB）极化实验旨在部署约50万个探测器，需具备可重复且可靠的制造工艺，以确保过渡态传感器（TES）波马比器性能稳定且均匀。我们报告了一种镱（Hf）基的TES波马比器用于CMB实验。我们采用一种新型的加热溅射沉积工艺制备Hf薄膜，使其临界温度（Tc）可精确调控于140 mK - 210 mK之间。我们发现，沉积温度升高会导致薄膜应力降低、晶体尺寸增大以及α相相对于c相的相对丰度减少，这些因素共同导致了临界温度与沉积温度之间的经验线性关系。关键在于，加热溅射沉积还能确保在制造工艺中持续暴露于高温（最高可达350°C）时，临界温度不会漂移，前提是初始沉积温度未被超过。对于Tc低于170 mK的薄膜，仅需沉积温度大于400°C，这远高于晶圆通常可能经历的温度。这一充足的热力学预算使我们能够放宽对传统铝锰（AlMn）TES波马比器所需的严格热管理要求后者需将温度降至200°C - 250°C以退火AlMn以调整Tc。镱还表现出固有的陡峭超导态跃迁特性（我们测得α值>200），从而实现相应的高环路增益（超过ℒ>10的过渡区）。我们精确设计TES的正常电阻范围为10毫欧至1欧，通过互栅极几何结构，使这些TES波马比器兼容TDM、FDM及μ-mux读出系统。我们报告了包括临界温度、正常电阻、饱和功率、时间常数和环路增益在内的波马比器参数。