Моделирование процессов распространения тепла в чувствительном элементе термоэлектрического однофотонного детектора с поглотителем из высокотемпературного сверхпроводника

Abstract

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.