[發明專利]一種約瑟夫森行波放大器及其制備方法

在審

• 申請號: 202010524020.4
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111641397A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 薛光明;于海峰;金貽榮
• 申請（專利權）人: 北京量子信息科學研究院
• 主分類號: H03F7/04
• 分類號: H03F7/04
• 代理公司: 北京卓特專利代理事務所(普通合伙) 11572
• 代理人: 陳變花

1.一種約瑟夫森行波放大器，其特征在于，包括兩層金屬層和中間介質層；

第一金屬層為鋁薄膜，使用紫外光刻制備電容的下面板、電感和地平面；

第二金屬層使用雙角度蒸發制備約瑟夫森結和電容的上面板；中間介質層使用單原子層沉積生長的氧化鋁薄膜，完全覆蓋第一金屬層；

多個約瑟夫森結構成傳輸線，傳輸線兩端分別構成約瑟夫森行波放大器輸入端口和輸出端口；每個約瑟夫森結之間用平板電容與地連接，并在傳輸線彎折處采用共面波導線連接。

2.如權利要求1所述的約瑟夫森行波放大器，其特征在于，每三個約瑟夫森結構成一個單元，每個單元均包括LC諧振腔、三個約瑟夫森結和四個耦合電容；其中三個耦合電容用于形成傳輸線對地電容，保證傳輸線上的阻抗為50Ω，另外一個耦合電容用來形成傳輸線與LC諧振腔的耦合，實現單獨控制諧振腔與傳輸線耦合的大小。

3.如權利要求1所述的約瑟夫森行波放大器，其特征在于，LC諧振腔由一個電感和兩個電容構成。

4.如權利要求3所述的約瑟夫森行波放大器，其特征在于，約瑟夫森結的電感和平板電容匹配，保證傳輸線上的阻抗為50Ω。

5.如權利要求1所述的約瑟夫森行波放大器，其特征在于，在輸入端口輸入需要放大的微弱信號微波和驅動微波，在輸出端口輸出經過放大的信號微波；驅動微波要遠遠強于信號微波，在輸入端口使用定向耦合器，直通端口接入放大器中，輸入端口接信號微波，在耦合端口接入驅動微波，由此將信號和驅動微波隔離起來，避免強驅動微波反射入信號微波端口，對信號微波造成干擾。

6.一種約瑟夫森行波放大器的制備方法，其特征在于，包括：

準備基片，旋涂雙層光刻膠，使用紫外光刻機曝光所需圖像，顯影后制作薄膜；

使用電子束蒸發沉積鋁薄膜，用剝離工藝去掉光刻膠及其上的鋁薄膜，完成圖形的轉移，完成地平面、電感和電容的下平板；

使用單原子層沉積設備制備氧化鋁薄膜，使用高溫生長方法，得到高密度，低損耗的介質層薄膜，介質層完全覆蓋第一層金屬薄膜；

雙角度蒸發約瑟夫森結第一層鋁薄膜，然后放入氧化腔體中熱氧化形成約瑟夫森結的絕緣層；

氧化完成后改變蒸發角度，蒸發第二層鋁薄膜，剝離光刻膠和多余的金屬薄膜，實現圖形的轉移，完成約瑟夫森結和電容的上平板。

7.如權利要求6所述的約瑟夫森行波放大器的制備方法，其特征在于，所述制備方法所用的器件包括單原子層沉積設備、紫外光刻機和電子束蒸發設備。

8.如權利要求7所述的約瑟夫森行波放大器的制備方法，其特征在于，所用器件均需要放在1.2K以下的低溫環境中，使所用的金屬鋁薄膜進入超導狀態，也使約瑟夫森結工作。

9.如權利要求6所述的約瑟夫森行波放大器的制備方法，其特征在于，使用電子束蒸發第一層鋁薄膜時，基片與蒸發方向角度為45度；使用電子束蒸發第二層鋁薄膜時，基片與蒸發方向角度為-45度。