[發明專利]一種適用超導串聯約瑟夫森雙晶結的嵌入蜿蜒線的蝶形天線

在審

• 申請號: 202211459025.9
• 申請日: 2022-11-17
• 公開（公告）號: CN115764260A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 郁梅;施金;吳鋼雄;梁圖祿;姜芮芮;楊永杰
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q23/00;H01Q5/30;H01Q5/50
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

本發明公開一種適用超導串聯約瑟夫森雙晶結的嵌入蜿蜒線的蝶形天線，包括多個低阻抗混頻器，多個低阻抗混頻器之間連接有蜿蜒線金屬層；左右兩側邊緣的蜿蜒線金屬層連接有彎折線金屬層；所述彎折線金屬層一側連接有蝶形金屬層；所述低阻抗混頻器位于同一豎直線上，該豎直線所構成的晶界線在超導薄膜處形成為約瑟夫森結；該晶界線與左右兩個蝶形金屬層所形成的平行線垂直。本發明能夠完成單一天線與各個串聯結間的低阻抗匹配外，還避免天線主體分布在具有超導材料的雙晶晶界上以免造成晶界處對串聯的約瑟夫森結混頻器的影響，減少制備過程中多次光刻顯影時水對YBCO薄膜的損傷。

技術領域

本發明涉及一種適用超導串聯約瑟夫森雙晶結的嵌入蜿蜒線的蝶形天線，屬于超導和太赫茲通信領域。

背景技術

超導約瑟夫森結在制造高頻器件方面具有巨大潛力，例如太赫茲發射源、電壓標準、靈敏探測器和混頻器。目前最具吸引力的發展是太赫茲通信中的太赫茲接收機。由于太赫茲波段大氣衰減嚴重，超靈敏太赫茲接收機的有效檢測面臨巨大挑戰。高溫超導混頻器是太赫茲接收機前端的理想選擇，因為與用于冷卻低溫超導器件的混頻器相比，它們的混頻諧波數大，靈敏度高，帶寬寬，本振功率要求低，低溫成本低。

與具有高電阻的光電混頻器不同，超導約瑟夫森結混頻器具有相當低的阻抗。例如，材料為YBa₂Cu₃O_7-δ（YBCO）的超導約瑟夫森結的正常態電阻的典型值約為1–40歐姆. 應用在混頻器上的太赫茲天線應與混頻器達成共軛匹配，以傳輸最大功率。然而，傳統的天線沒有如此低的阻抗。對于光電混合器，耦合天線的阻抗應提高到千歐姆以實現良好的阻抗匹配。相反，對于超導約瑟夫森結混頻器，耦合的天線阻抗應大大降低。關于降低耦合天線的輸入阻抗以匹配超導約瑟夫森結混頻器，已有了相關報道。實驗證明，混合性能得到了很大改善。

另一方面，串聯約瑟夫森結可以改善器件的阻抗，從而實現與耦合天線的阻抗匹配。足夠多的串聯結可以達到常見類型天線的阻抗。但許多的約瑟夫森結串聯很難實現加工技術的一致性及同相位工作，良好的混頻性能也不能得到提升。3個串聯的約瑟夫森結混頻器最大諧波數已提高到154。然而，天線和每個串聯結之間的阻抗不匹配仍然存在。對于串聯的約瑟夫森結器件，應研究多源激勵下輸入電阻低于常用天線類型電阻的新型天線。特別地，對于雙晶結構的約瑟夫森結，因為其晶界位置的固定性，串聯的約瑟夫森結必須在晶界所在的直線上才能構成約瑟夫森結特性，為降低制備工藝的復雜性和避免天線主體分布在雙晶晶界上造成晶界處超導材料對串聯的約瑟夫森結混頻器的影響，適用于串聯約瑟夫森結混頻器的天線需要做到單一天線與各個串聯結的傳輸匹配特性，并且需考慮放置串聯結的位置，即天線主體與串聯結連線的不相干性。

已報道的超導串聯約瑟夫森結混頻器嵌入在蜿蜒線中，如圖1所示，為保持拓撲網絡的對稱性，中心點沒有放置激勵源。超導雙晶約瑟夫森結的形成在晶界處，經過結界的超導膜越窄，臨界電流越小，器件越靈敏。若已報到的天線應用在串聯雙晶結混頻器，晶界經過天線（Au層）的地方，天線下的YBCO薄膜需要刻蝕掉，否則超流很大而破壞器件性能，其制備流程如圖2所示。除了位置中心線上的4個位置留有YBCO膜，其他位置都需刻蝕掉，見步驟④。整個芯片的制備需要兩次光刻顯影，YBCO薄膜怕水，因多次接觸水器件的性能會有所降低。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種適用超導串聯約瑟夫森雙晶結的嵌入蜿蜒線的蝶形天線，從而避免天線主體分布在具有超導材料的雙晶晶界上以免造成晶界處對串聯的約瑟夫森結混頻器的影響，減少制備過程中多次光刻顯影時水對YBCO薄膜的損傷。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種適用超導串聯約瑟夫森雙晶結的嵌入蜿蜒線的蝶形天線，包括多個低阻抗混頻器，多個低阻抗混頻器之間連接有蜿蜒線金屬層；左右兩側邊緣的蜿蜒線金屬層連接有彎折線金屬層；所述彎折線金屬層一側連接有蝶形金屬層；所述低阻抗混頻器位于同一豎直線上，該豎直線所構成的晶界線在超導薄膜處形成為約瑟夫森結；該晶界線與左右兩個蝶形金屬層所形成的平行線垂直。