Tecniche di caratterizzazione di microcalorimetri criogenici a transizione di fase superconduttiva per astrofisica a raggi X

In questa sezione analizzeremo sommariamente le tecniche per la realizzazione dei TES, per una trattazione più dettagliata si rimanda alla tesi di dottorato del dott. (Pergolesi, 2003/04); il processo realizzativo di uno strumento di questo tipo di solito è molto complesso e può variare a seconda dei materiali utilizzati e delle prestazioni richieste.
I sensori da noi utilizzati in laboratorio sono in genere composti da un bilayer di Ir/Au e sono sviluppati su un wafer o su una membrana di silicio. Il doppio strato di Ir/Au consente di ottenere un minore deterioramento del sensore nel tempo, poiché l'iridio è poco reattivo chimicamente e l'oro non è soggetto a ossidazione.

Questi modelli di TES sono sviluppati su wafer di silicio dello spessore di e circa 5 cm di diametro. Il processo si compone di tre fasi: 125 m
- Evaporazione dei metalli
- Fotolitografia
- Estrazione del singolo pixel.

Durante il processo di evaporazione dei metalli si porta il superconduttore a temperatura di ebollizione e si lascia che i suoi vapori si depositino su tutta la superficie del sensore. Onde evitare che il contatto con altri elementi possa contaminare il metallo che andrà a comporre il sensore e comprometterne il rendimento è necessario che tutto il processo di evaporazione avvenga ad un livello accettabile di vuoto (circa 10-9 mbar).

La fotolitografia è un processo utilizzato per rimuovere selettivamente porzioni di sottili strati di materiale. Si utilizza la luce UV per impressionare un composto chimico, il photoresist, sensibile alla luce, che viene depositato sul wafer. La selezione delle zone da fotoimpressionare avviene tramite l'utilizzo di una maschera posta tra la sorgente UV e il wafer stesso.
I TES attuali hanno una forma di serpentina di lunghezza totale pari a 0,7 mm e larghezza . Solitamente durante il processo di fabbricazione del sensore il wafer può essere sottoposto al ciclo di fotolitografia fino a 50 volte. 150 m

Tramite il processo di fotolitografia è possibile creare decine di sensori su un unico wafer di silicio. Il wafer viene quindi diviso in più parti ritagliandolo nell'intorno di ciascun sensore, ottenendo così dei singoli pixel di dimensioni poco più grandi dei sensori disegnati su di essi. A questo cubetto di silicio viene quindi incollato l'assorbitore, costituito da un sottile foglio di stagno policristallino di lato poco superiore a quello del silicio, in modo che i fotoni incidenti sul rivelatore non vengano assorbiti dal silicio.
Il rilevatore viene quindi ultimato saldando ad ultrasuoni dei fili conduttori che forniscono il link termico G verso il bagno a e quello elettrico verso il circuito di alimentazione e lettura del TES. Questo tipo di saldature è estremamente delicato ed è facile che si rompa, costringendo ad ulteriori saldature che rischiano di compromettere il sensore.