[其他]高溫超導(dǎo)檢波器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 87108202
• 申請(qǐng)日: 1987-12-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN87108202A
• 公開(kāi)（公告）日: 1988-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范長(zhǎng)鑫;余良凱;孫林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L39/24
• 分類號(hào): H01L39/24;H01L39/00
• 代理公司: 復(fù)旦大學(xué)專利事務(wù)所
• 代理人: 慶杏鳳

一種超導(dǎo)電子學(xué)器件。

本發(fā)明屬于用金屬氧化物高溫超導(dǎo)材料制作高溫超導(dǎo)檢波器及其制作方法。

目前低溫超導(dǎo)約瑟夫遜器件，在4.2K溫度中工作，用作檢波器已有成熟技術(shù)，可參有關(guān)文獻(xiàn)。用于檢測(cè)微弱電磁輻射信號(hào)，已在射電天文等領(lǐng)域獲得實(shí)際應(yīng)用。但需要使用液氦致冷，費(fèi)用昂貴，使用不便，難于普及。

新近高溫超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)，為用高溫超導(dǎo)材料制作液氮溫區(qū)工作的檢波器提供了可能。本發(fā)明的目的便是研制這種器件。

我們?cè)囍聘邷爻瑢?dǎo)檢波器，用Y-Ba-Cu-O，Eu-Ba-Cu-O等金屬氧化物高溫超導(dǎo)材料，仿照低溫超導(dǎo)檢波器的辦法，在電磁輻射的不同頻段中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明若和低溫超導(dǎo)檢波器那樣用臨界電流I_c較大的高溫超導(dǎo)檢波器檢波時(shí)靈敏度不夠高。

本實(shí)驗(yàn)表明，在液氮中工作時(shí)，高溫超導(dǎo)檢波器的性質(zhì)和經(jīng)典的低溫檢波器不同，不同之一是它們的I-V特性曲線，參見(jiàn)圖1（a），低溫超導(dǎo)檢波器I-V特性曲線上凸，

(d2V)/(dI2) ＜0（當(dāng)V＞0時(shí)）

而在我們研究的區(qū)域中，在液氮溫度工作時(shí)，參見(jiàn)圖1（b），高溫超導(dǎo)檢波器I-V特性曲線下凸，

(d²V)/(dI²) ＜0（當(dāng)V＞0時(shí)）

本發(fā)明作了下述理論分析：

作為電磁輻射檢波器，有一個(gè)重要的參量來(lái)描述器件的性能，這參量為響應(yīng)率S，在經(jīng)典低溫約瑟夫遜器件理論中有

S＝ (V)/(P) ＝-R_d/2I_cRΩ²

響應(yīng)率S的定義是輸出電壓V除以最大有效輸入功率P，而臨界電流I_c（即最大的零電壓電流I_c）和常態(tài)電阻R的乘積I_cR是由用于制造器件的材料特性及工作溫度決定的，它可用于定義歸一化角頻率Ω，

Ω＝hω/2eI_cR

這里ω是微波信號(hào)角頻率。因?yàn)镮_cR，ω和Ω皆為常數(shù)，因此響應(yīng)率S正比于動(dòng)態(tài)電阻R_d＝△V/△I。參見(jiàn)圖1（a），由于動(dòng)態(tài)電阻R_d明顯地依賴于數(shù)值（I_bias-I_c）^-1，其中I_bias為檢波器的直流偏置電流，所以它必須偏置在十分接近于臨界電流I_c的地方。然而，參見(jiàn)圖1（b），高溫超導(dǎo)檢波器偏置在I_bias遠(yuǎn)離I_c的地方，I_bias＞＞I_c。因此本發(fā)明用新的方法來(lái)提高響應(yīng)率S。假設(shè)上述理論對(duì)高溫超導(dǎo)檢波器也適用，并且由圖1（b）可見(jiàn)在工作點(diǎn)上

R_d～R

注意到I_cR為常數(shù)，所以

R_d～I(xiàn)^-1_c

∴ S～I(xiàn)^-1_c

即響應(yīng)率和臨界電流成反比。本發(fā)明在實(shí)驗(yàn)上，在77K，在50ma＞I＞50μA范圍中，在同一塊材料上近似地證明了這一點(diǎn)。且在50μA以下，S也隨著I_c的減少而增加。

進(jìn)一步研究表明，當(dāng)調(diào)整器件的臨界電流正好降至I_c＝0，I-V曲線上看不到零電壓臺(tái)階，即在工作溫度時(shí)在V＝0時(shí)(dV)/(dI) ≠0，但I(xiàn)-V曲線仍呈非線性。我們稱它為近臨界超導(dǎo)器件，本發(fā)明實(shí)驗(yàn)證明，它對(duì)微波輻照響應(yīng)率十分高。圖2表示了近臨界超導(dǎo)體I-V曲線在不同微波功率輻照下的變化情形，曲線象一張弓，在弓的腹部可得到最大的響應(yīng)率，參見(jiàn)圖2。

制作器件使用Y-Ba-Cu-O，Eu-Ba-Cu-O等金屬氧化物高溫超導(dǎo)材料，關(guān)于材料的制備可參有關(guān)文獻(xiàn)，如M.K.Wu，etal，phys.Rev.Lett.，Vol.58，908（1987）。及繆柏財(cái)?shù)龋瑥?fù)旦學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）Vol.26，247（1987）。