[發明專利]用于制造超導LC型諧振器的方法和由此獲得的超導諧振器

有效

• 申請號: 201980081874.5
• 申請日: 2019-12-04
• 公開（公告）號: CN113498564B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 法齊·布薩哈;薩米爾·貝爾迪;克莉絲汀·肖蒙;蒂博·瓦斯萊
• 申請（專利權）人: 法國國家科學研究中心;巴黎觀象臺;CY塞爾吉-巴黎大學;索邦大學;巴黎賽特大學
• 主分類號: H01P7/08
• 分類號: H01P7/08;H01P11/00;H03H5/00;H01G4/33;H01G13/06
• 代理公司: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙) 11413
• 代理人: 羅小晨;謝攀

本發明涉及一種用于制造包括至少一個高電阻率襯底(1)類型的超導LC型諧振器的方法，所述至少一個高電阻率上印刷有電感線圈(3)、稱為下部的第一電極(41)和稱為上部的第二電極(40)，該第二電極與第一電極相對布置以形成與電感線圈(3)并聯連接的電容器(4)，以及專用于所述諧振器的電感耦合裝置(2)，其中犧牲鋁層沉積在所述第一和第二電極之間。本發明還涉及由此獲得的超導LC型諧振器以及涉及這種諧振器用于檢測毫米光子噪聲的用途。

本發明的主題是一種用于制造超導LC型諧振器的方法以及由此獲得的超導諧振器，以便(除其他方面)用作電磁波檢測器。

由于其無與倫比的性能，特別是在靈敏度方面，能夠接近光子噪聲給出的量子極限，超導LC型諧振器似乎在檢測宇宙膨脹開始時發出的原始光、探測作為恒星形成場所的星際介質或研究包括地球在內的行星大氣的物理化學過程方面表現良好。

現在轉向毫米光子(即具有毫電子伏特數量級的能量)和具有相同數量級的激發能量的超導材料，當超導材料被用作微波動態電感檢測器(MKIDs)時，該超導材料變得特別適合檢測毫米光子。

例如，MKID目前正用于NIKA項目，該項目源自Institut Néel和IRAM Grenoble之間的合作，以探測毫米范圍內的星際介質。

這些MKID由電感線圈構成，該電感線圈用作電磁輻射的吸收器，并且與叉指電容器并聯。

因此，有必要使用電感線圈型的電感，以使這些諧振器也成為檢測器。

因此，當電感不是電感線圈時，在由KATARINA CICAK ET等人撰寫的題為“Vacuum-Gap Capacitors for Low-Loss Superconducting Resonant Circuits”(IEEETRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY，2009年6月16日，948-952頁，XP011262430，DOI:10.1109/TASC.2009.2019665)的文章中描述的諧振器不能用作檢測器。此外，電極由鋁制成，因此容易氧化，從而產生噪音。

因此，“電感線圈”是指采用以纏繞方式展開的線或帶形式的任何電感。

如此獲得的LC電路被耦合到平面讀取線，并且通過該平面讀取線，通過施加微波信號來激發所述LC電路。該線還用于測量諧振的頻率和相位。

在由SIMON DOYLE等人撰寫的題為“A review of the lumped element kineticinductance detector”(PROCEEDINGS OF SPIE，7741卷，2010年7月16日，引用為XP055635532，DOI：10.1117/12.857341)的文章中描述了這種配備有平面(2D而非3D)插指電容器的MKID。

MKID的工作原理如下。當光子被電感部分的薄超導層吸收時，它的能量會破壞庫珀對并改變薄層的表面電感，從而導致LC電路的固有頻率和相位的修改。

然而，已經在帶有超導諧振器的設備中發現了一種固有噪聲，但其機制仍未完全理解：它是兩級系統的噪聲(或TLS噪聲，對于兩級系統噪聲)，主要在諧振器的超導材料與一般非晶電介質之間的界面處的電容部分級別產生。

即使在非常低的溫度下，這種噪聲也會以噪聲的形式在諧振器中產生干擾，其分量與頻率成反比。已知使用沉積在硅襯底上的超導薄膜產生MKID，TLS噪聲目前是實現接近光子噪聲給出的量子極限的靈敏度的主要障礙。

為了盡可能遠離這種噪聲，研究團隊正在嘗試使用非非晶電介質(如單晶硅)開發帶有電容器的諧振器。然而，很難用這種電介質來實現MKID，而且，盡管如此，也不能保證顯著的性能增益。

為了有效降低TLS噪聲，鑒于其在電容部分占優勢，本發明提出制造具有無電介質的電容器且并聯電極之間由真空隔開的超導LC型諧振器。