[發明專利]低溫微波源、低溫微波源芯片及其制作方法

有效

• 申請號: 201710685503.0
• 申請日: 2017-08-11
• 公開（公告）號: CN107393941B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 郭國平;段鵬;孔偉成;賈志龍;薛光明;郭光燦
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01L27/18
• 分類號: H01L27/18;H01L39/22;H01L39/24
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 田雪姣;王寶筠

1.一種低溫微波源芯片，其特征在于，包括襯底以及位于襯底表面上的透射腔、偏置結、電壓偏置線、以及直流偏置線；

其中，所述透射腔用于發射微波光子，所述透射腔包括SQUID鏈，所述SQUID鏈包括多個SQUID結構，所述多個SQUID結構相互串聯；

所述偏置結與所述透射腔電連接，用于產生微波光子；

所述電壓偏置線用于為所述偏置結施加偏置電壓，使所述偏置結中的電子庫珀對通過受激發射的方式，轉化為微波光子；

所述直流偏置線用于為所述透射腔施加磁場；

其中，所述透射腔的諧振頻率由所述SQUID鏈的總電容和總電感決定；所述SQUID鏈的總電感隨所述磁場大小的變化而變化，所述磁場的大小隨所述直流偏置線中電流大小的變化而變化。

2.根據權利要求1所述的低溫微波源芯片，其特征在于，所述透射腔的總電感大于所述偏置結的總電感，以使所述電子庫珀對在恒壓偏置的情況下，通過產生或吸收一個光子，即可隧穿通過所述偏置結。

3.根據權利要求2所述的低溫微波源芯片，其特征在于，所述微波光子從所述透射腔中發射出去時的發射速率，小于所述電子庫珀對隧穿通過所述偏置結的隧穿速率，以使所述微波光子在發射出去之前，再次被所述電子庫珀對吸收，以促進所述電子庫珀對的下一次隧穿，以持續產生微波光子。

4.根據權利要求3所述的低溫微波源芯片，其特征在于，所述SQUID結構為兩個并聯的約瑟夫森結構成的環狀結構；

所述約瑟夫森結包括依次位于所述襯底表面的第一超導層、絕緣層和第二超導層。

5.根據權利要求4所述的低溫微波源芯片，其特征在于，所述直流偏置線包括長條狀的電極條，所述電極條的長邊與所述SQUID鏈平行設置。

6.根據權利要求5所述的低溫微波源芯片，其特征在于，所述襯底表面除所述透射腔、偏置結、電壓偏置線、以及直流偏置線之外，還包括金屬層，所述金屬層包圍所述透射腔、偏置結、電壓偏置線、以及直流偏置線，且所述金屬層、所述電壓偏置線及所述直流偏置線在同一光刻過程中形成；

所述透射腔與分別位于其兩側的所述金屬層及所述直流偏置線構成共面波導結構；

所述直流偏置線與其周圍的所述金屬層構成共面波導結構。

7.根據權利要求6所述的低溫微波源芯片，其特征在于，所述偏置結為約瑟夫森結。

8.根據權利要求7所述的低溫微波源芯片，其特征在于，所述偏置結的一端與所述透射腔的輸出端直接相連，另一端與所述金屬層直接相連。

9.根據權利要求8所述的低溫微波源芯片，其特征在于，所述偏置結的形成方向與SQUID鏈透射腔中約瑟夫森結的形成方向一致，以使所述偏置結與所述SQUID鏈在同一工藝步驟中形成。

10.根據權利要求9所述的低溫微波源芯片，其特征在于，所述偏置結與所述透射腔的輸出端的連接方式為：在所述透射腔長邊且靠近所述透射腔輸出端的位置，延伸出長條形的導電材料作為第一連接線，所述第一連接線與所述偏置結的第一邊直接接觸；

所述偏置結與所述金屬層的連接方式為：在所述偏置結的第二邊延伸出長條形的導電材料作為第二連接線，在金屬層朝向所述偏置結的方向上延伸出長條形的導電材料作為第三連接線，所述第二連接線與所述第三連接線直接相連，且二者的夾角為直角，所述偏置結的第一邊與第二邊為沿所述透射腔長度方向相對的兩個邊。

11.根據權利要求10所述的低溫微波源芯片，其特征在于，所述第一連接線、所述第二連接線與所述偏置結在同一工藝步驟中形成；所述第三連接線與所述金屬層在同一工藝步驟中形成。