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Design and Comparison of Diamond‐ and Sapphire‐Based NbN KIDs for Fusion Plasma Polarimetric Diagnostics

Mazzocchi, Francesco ORCID iD icon 1; Ilin, Konstantin 2; Kempf, Sebastian 2,3; Kuzmin, Artem ORCID iD icon 4; Strauß, Dirk 1; Scherer, Theo 1
1 Institut für Angewandte Materialien – Angewandte Werkstoffphysik (IAM-AWP), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Mikro- und Nanoelektronische Systeme (IMS), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik (IPE), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
4 Laboratorium für Applikationen der Synchrotronstrahlung (LAS), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

In this paper we present the design and characterization measurements performed on Kinetic Inductance Detectors produced on sapphire and policrystalline diamond substrates. Designed to be part of a nuclear fusion polarimetric diagnostic instrument, the foreseen plasma probing frequency of the final devices is 1.3 THz with a maximum response time under 10 ms and cross-polarization target accuracy of 1$\%$, in accordance with the guidelines of the upcoming ITER reactor \cite{zeeland2013} \cite{Donne2007}. These detectors are based on superconducting micro-resonators that undergo de-tuning upon absorption of radiation. The main characteristics of the devices include polarization sensitiveness and lumped elements multi-pixel configuration produced from photo-lithographed Niobium Nitride (NbN) thin films. The relatively high $T_C$ of bulk NbN ($\sim$16~K) enables operation at liquid helium temperatures, simplifying the setup of the final detection system when compared to the sub-kelvin temperatures employed in astrophysical KID arrays. The DC characterization measurements performed on test strips patterned on the two substrate materials highlighted large differences in the thin films quality, with the superconductor deposited on diamond showing reduced critical temperature, lower \textcolor{red}{critical} current density and increased values of the kinetic inductance compared to the strips on sapphire. ... mehr


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000155301
Veröffentlicht am 01.02.2023
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1002/pssa.202200271
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Zitationen: 1
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Zitationen: 1
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Angewandte Materialien – Angewandte Werkstoffphysik (IAM-AWP)
Institut für Mikro- und Nanoelektronische Systeme (IMS)
Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik (IPE)
Laboratorium für Applikationen der Synchrotronstrahlung (LAS)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsjahr 2023
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 1862-6300, 1862-6319
KITopen-ID: 1000155301
HGF-Programm 31.13.06 (POF IV, LK 01) Plant Engineering
Erschienen in physica status solidi (a)
Verlag John Wiley and Sons
Seiten Article no: 2200271
Vorab online veröffentlicht am 15.12.2022
Schlagwörter NbN; KID; diamond; polarimetry; sapphire; superconductor;
Nachgewiesen in Dimensions
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