KIP-Veröffentlichungen

In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung und Herstellung von dc-SQUIDs für die Auslese magnetischer Mikrokalorimeter beschrieben. Magnetische Mikrokalorimeter sind kryogene Teilchendetektoren, die eine im Detektor deponierte Energie mit Hilfe eines paramagnetischen Temperatursensors und eines Stromsensor-SQUIDs in ein zur eingebrachten Energie proportionales Spannungssignal umwandeln. Zur Maximierung des Auflösungsvermögens des Detektors muss die Eingangsimpedanz des SQUIDs an die Impedanz des Detektors angepasst und das weiße Rauschen des SQUIDs minimiert werden. Letzteres wurde in dieser Arbeit durch die Einführung eines neuen Herstellungsprozesses für Josephson-Kontakte umgesetzt, um die Kapazität der Kontakte und damit das SQUID-Rauschen zu reduzieren. Zusätzlich wurden für drei in der Arbeitsgruppe aktuell im Aufbau befindliche Detektoren Stromsensor-SQUIDs mit angepasster Impedanz entwickelt. Mit Hilfe des neuen Herstellungsprozesses konnte die Kapazität der Josephson-Kontakte mehr als einen Faktor 4 gesenkt und eine Reduktion des weißen Rauschens der SQUIDs um etwa einen Faktor 2 bewirkt werden. Durch die verbesserte Impedanzanpassung zwischen den entwickelten SQUIDs und den Detektoren konnte die Fluss-zu-Fluss-Übertragung um bis zu 60% im Vergleich zu den bisher verwendeten SQUIDs gesteigert werden. Für die Energieauflösung der Detektoren ergibt sich daraus eine perspektivische Verbesserung um bis zu 40%.

This thesis describes the design and fabrication of dc-SQUIDs for the readout of magnetic microcalorimeters. Magnetic microcalorimeters are cryogenic particle detectors that convert an energy deposited in the detector into a voltage signal proportional to the incident energy using a paramagnetic temperature sensor and a current sensing SQUID. To maximize the resolution of the detector, the input impedance of the SQUID has to be matched to the impedance of the detector and the white noise of the SQUID has to be minimized. The latter was implemented by introducing a new fabrication process for Josephson junctions to reduce the capacitance of the junctions and thus the SQUID noise. In addition, current sensing SQUIDs with matched impedance were developed for three detectors currently under construction in the research group. Using the new fabrication process, the capacitance of the Josephson junctions could be lowered by more than a factor of 4 and a reduction of the white noise level of the SQUIDs by about a factor of 2 could be achieved. The improved impedance matching between the developed SQUIDs and the detectors increased the flux transfer by up to 60% compared to the previously used SQUIDs. For the energy resolution of the detectors, this results in a perspective improvement of up to 40%.