[發(fā)明專利]超導(dǎo)量子干涉器件及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811611264.5
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號(hào): CN109597004A
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王會(huì)武;唐鑫;張棲瑜;公凱軒;王鎮(zhèn)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G01R33/035
• 分類號(hào): G01R33/035;G01R33/00
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發(fā)明提供一種超導(dǎo)量子干涉器件及制備方法，包括：欠阻尼SQUID及串聯(lián)電阻，欠阻尼SQUID與串聯(lián)電阻串聯(lián)，欠阻尼SQUID及串聯(lián)電阻串聯(lián)后的兩端連接偏置電壓。依次沉積第一超導(dǎo)材料層、第一絕緣材料層及第二超導(dǎo)材料層，并刻蝕形成超導(dǎo)環(huán)路及底電極結(jié)構(gòu)；刻蝕第二超導(dǎo)材料層以形成約瑟夫森結(jié)；沉積并刻蝕第二絕緣材料層，于約瑟夫森結(jié)頂部形成電極開口；沉積并刻蝕電阻材料層形成旁路電阻及串聯(lián)電阻；沉積并刻蝕第三超導(dǎo)材料層頂電極。本發(fā)明將欠阻尼SQUID與電阻串聯(lián)在一起構(gòu)成Series Resistance SQUID器件，在電壓偏置模式下工作，具有噪聲更低、靈敏度更高的特點(diǎn)；而且其制備工藝與普通SQUID制備工藝相同，不增加制備難度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超導(dǎo)電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種超導(dǎo)量子干涉器件及制備方法。

背景技術(shù)

超導(dǎo)量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device，以下簡稱SQUID)是以磁通量子化和約瑟夫森效應(yīng)為理論基礎(chǔ)，由超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)和超導(dǎo)環(huán)組成的超導(dǎo)電子器件，它能將磁場的微小變化轉(zhuǎn)換為可測量的電壓，相當(dāng)于一個(gè)磁通-電壓轉(zhuǎn)換器，是目前為止測量磁場靈敏度最高的傳感器。低溫超導(dǎo)SQUID器件通常工作在液氦溫度(4.2K)下，它的磁通靈敏度通常在10^-6Φ₀/Hz^1/2量級(jí)(Φ₀＝2.07×10^-15Wb)，對(duì)磁場的靈敏度在fT/Hz^1/2量級(jí)(1fT＝1×10^-15T)。由于低溫SQUID器件具有極高的磁場靈敏度，因此在極微弱磁信號(hào)探測領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

在SQUID應(yīng)用中，其通常工作于電流偏置模式，即向SQUID器件中通入一個(gè)大于SQUID器件臨界電流的直流電流，此時(shí)SQUID器件輸出一個(gè)電壓信號(hào)，這個(gè)電壓信號(hào)是一個(gè)與器件感應(yīng)磁通相關(guān)的周期函數(shù)，周期是一個(gè)磁通量子，然后通過SQUID讀出電路將此周期函數(shù)轉(zhuǎn)化為磁通與電壓一一對(duì)應(yīng)的線性函數(shù)，完成SQUID器件磁通或磁場的探測。在進(jìn)行SQUID器件設(shè)計(jì)時(shí)，SQUID器件的回滯參數(shù)β_C對(duì)于SQUID器件參數(shù)設(shè)計(jì)有限制。在一定工作溫度下，當(dāng)回滯參數(shù)β_C小于1時(shí)，SQUID器件的I-V特性沒有回滯，當(dāng)回滯參數(shù)β_C大于1時(shí)，I-V特性具有回滯，回滯對(duì)于SQUID器件測量準(zhǔn)確性有一定影響。但是回滯參數(shù)β_C的數(shù)值越小，將減小SQUID器件的磁通-電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)和器件調(diào)制深度等性能參數(shù)，不利于SQUID應(yīng)用。因此，電流偏置模式下，通常將回滯參數(shù)β_C的數(shù)值設(shè)置為1左右，經(jīng)過研究，當(dāng)SQUID器件的屏蔽參數(shù)β_L為1時(shí)，SQUID器件的性能得以優(yōu)化，可參看由John Clarke and A.I.Braginski編寫的The SQUID Handbook中的說明。

SQUID也能夠工作于電壓模式，當(dāng)處于電壓模式時(shí)，在器件兩端加一個(gè)直流電壓，器件中的電流是其感應(yīng)磁通的周期函數(shù)，可以通過讀出電路將此電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為與磁通一一對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，例如NC結(jié)構(gòu)SQUID，NC結(jié)構(gòu)SQUID是由兩個(gè)并聯(lián)支路構(gòu)成，一個(gè)支路是SQUID，另一個(gè)支路是由一個(gè)電感和一個(gè)電阻串聯(lián)構(gòu)成。NC結(jié)構(gòu)SQUID工作于負(fù)電阻態(tài)時(shí)SQUID的I-V曲線表現(xiàn)為振蕩，NC結(jié)構(gòu)SQUID設(shè)置于正常態(tài)時(shí)，其噪聲與電流偏置模式下的SQUID器件的噪聲處于相當(dāng)水平。

SQUID應(yīng)用的主要優(yōu)勢在于如何利用其噪聲低的特點(diǎn)，因此，如何進(jìn)一步減小超導(dǎo)量子干涉器件的噪聲，是本領(lǐng)域技術(shù)人員關(guān)注的的重點(diǎn)問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的在于提供一種超導(dǎo)量子干涉器件及制備方法，用于進(jìn)一步提升SQUID器件噪聲和靈敏度等性能問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種超導(dǎo)量子干涉器件，所述超導(dǎo)量子干涉器件至少包括：