一种残膜回收机防缠绕挑膜装置的制 一种秧草收获机用电力驱动行走机构

一种平衡式超导量子干涉器件微波放大器及其制备方法与流程

2022-03-22 22:20:22 来源:中国专利 TAG:


1.本发明属于超导电子学技术领域,涉及一种平衡式超导量子干涉器件微波放大器及其制 备方法。


背景技术:

2.超导量子比特具有与传统的微电子加工技术兼容、可控性、低损耗以及可扩展性等方面 的优势,被认为是最有可能实现容错量子计算机的方案之一。不断发展大规模超导量子比特 阵列(百万量级)以及提高量子比特的操纵精度是超导量子计算技术未来发展的主要趋势和 方向。低温微波放大器作为超导量子比特电路关键器件之一,不仅要求低功耗和低噪声的性 能,而且未来能够集成在超导量子比特器件芯片上,形成大规模超导量子比特阵列集成电路。 目前超导量子比特系统常用的微波低噪声放大器主要有约瑟夫森结参量放大器(jpa)、行 波参量放大器(twpa),squid微波放大器和hemt低温放大器。其中,与约瑟夫森结参 量放大器(jpa)和行波参量放大器(twpa)相比,squid微波放大器不仅能实现接近量 子极限的噪声温度(90mk@1ghz)和超过20db的放大增益,而且最突出优势是无需本振 泵浦信号。这将大大减少所需的线路复杂度,对于未来发展大规模系统尤其重要。此外,与 传统半导体hemt放大器相比,不仅具有更低功耗、噪声性能和尺寸,而且与超导量子比特 器件制备工艺完全兼容,能够在同一芯片上同时集成超导量子比特器件与读出放大电路,这 对未来大规模超导量子比特阵列电路尤为重要。但现有单路超导量子干涉器件 (superconducting quantum interference device,squid)微波放大器也面临了工作稳定性差、工 作带宽窄、带内平坦度差、饱和功率低、不易级联等问题,难以满足未来量子计算领域各种 应用需求。


技术实现要素:

3.鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种一种平衡式超导量子干涉器 件微波放大器及其制备方法,用于解决现有单路squid微波放大器工作稳定性差、工作带宽 窄、带内平坦度差、饱和功率低、不易级联等问题。
4.为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种平衡式超导量子干涉器件微波放大器, 包括:
5.第一3db正交定向耦合器,用于接收输入信号;
6.第一阻抗匹配网络与第二阻抗匹配网络,连接所述第一3db正交定向耦合器的输出端;
7.第一超导量子干涉器件与第二超导量子干涉器件,分别连接所述第一阻抗匹配网络的输 出端与所述第二阻抗匹配网络的输出端;
8.第三阻抗匹配网络与第四阻抗匹配网络,分别连接所述第一超导量子干涉器件的输出端 与所述第二超导量子干涉器件的输出端;
9.第二3db正交定向耦合器,连接所述第三阻抗匹配网络的输出端与所述第四阻抗
匹配网 络的输出端,用于输出信号;
10.其中,所述第一3db正交定向耦合器、所述第二3db正交定向耦合器、所述第一阻抗匹 配网络、所述第二阻抗匹配网络、所述第三阻抗匹配网络及所述第四阻抗匹配网络均包括超 导传输线结构。
11.可选地,所述第一3db正交定向耦合器用于将输入微波信号分为功率相等、相位差为90
°ꢀ
的两路信号分别输出至所述第一阻抗匹配网络与所述第二阻抗匹配网络;所述第二3db正交 定向耦合器用于将放大后的两个相位差90
°
、功率相等的微波信号合成为一路微波信号输出。
12.可选地,所述第一3db正交定向耦合器与所述第二3db正交定向耦合器分别包括分支线 耦合器、耦合线耦合器及lange耦合器中的一种。
13.可选地,所述第一阻抗匹配网络、所述第二阻抗匹配网络、所述第三阻抗匹配网络与所 述第四阻抗匹配网络均包括平面传输线阻抗变换网络,所述平面传输线阻抗变换网络包括四 分之一波长阻抗变换网络、高低阻抗变换网络及渐近线阻抗变换网络中的一种。
14.可选地,所述超导传输线结构包括超导微带线、超导共面波导线、超导带状线及超导耦 合线中的至少一种。
15.可选地,所述第一超导量子干涉器件与所述第二超导量子干涉器件均包括由两个约瑟夫 森结和超导线构成的超导环路,并包括位于所述超导环路上或者附近的输入耦合线圈和磁场 偏置线圈,所述输入耦合线圈用于耦合入射微波信号,所述磁场偏置线圈用于偏置放大器磁 场。
16.可选地,所述第一超导量子干涉器件与所述第二超导量子干涉器件均采用零阶梯度构型、 一阶梯度构型或多阶梯度构型。
17.本发明还提供一种平衡式超导量子干涉器件微波放大器的制备方法,用于制备如上任意 一项所述的平衡式超导量子干涉器件微波放大器,包括以下步骤:
18.提供一衬底,形成电阻层于所述衬底上,并图形化所述电阻层;
19.形成覆盖所述电阻层的第一绝缘层于所述衬底上,并形成显露所述电阻层的第一过孔于 所述第一绝缘层中;
20.自下而上依次形成第一超导层、势垒层及第二超导层于所述第一绝缘层上,所述第一超 导层还填充进所述第一过孔中以连接所述电阻层;
21.图形化所述第二超导层以得到约瑟夫森结区;
22.图形化所述势垒层,保留所述势垒层位于所述约瑟夫森结区下的部分;
23.图形化所述第一超导层以得到超导量子干涉器件的环路及引线结构;
24.形成覆盖所述第二超导层的第二绝缘层于所述第一超导层上,并形成多个第二过孔于所 述第二绝缘层中,至少一所述第二过孔显露所述第二超导层,至少一所述第二过孔显露所述 第一超导层;
25.形成第三超导层于所述第二绝缘层上,并图形化所述第三超导层,所述第三超导层填充 进所述第二过孔中。
26.可选地,所述第一3db正交定向耦合器、所述第二3db正交定向耦合器、所述第一阻抗 匹配网络、所述第二阻抗匹配网络、所述第三阻抗匹配网络及所述第四阻抗匹配网络的超导 传输线结构分别是基于所述第一超导层和/或所述第三超导层的图形化得到。
27.可选地,所述衬底包括自下而下依次层叠的si层与sio2层,或者所述衬底包括mgo衬 底及al2o3衬底中的一种;所述电阻层包括mo层、tipd层及tiaupd层中的至少一种。
28.如上所述,本发明的平衡式超导量子干涉器件微波放大器的整个电路输入输出端是关于 squid对称,即采用平衡式对称结构,相较于单路squid微波放大器电路,平衡式squid 微波放大器不仅能够大幅度提升输入输出匹配性能,扩展器件工作带宽,更容易实现级联; 而且还能够改善放大器饱和功率和良好稳定。同时,平衡式squid微波放大器采用平面微纳 制备工艺加工实现,与现有大部分超导器件制备工艺兼容,可大大提高相关低温探测系统集 成度。
附图说明
29.图1显示为本发明的平衡式超导量子干涉器件微波放大器的结构框图。
30.图2显示为一种基于超导微带线的分支线耦合器的基本结构图。
31.图3显示为二阶梯度构型的squid的一种基本构型图。
32.图4显示为形成电阻层并图形化后所呈现的结构示意图。
33.图5显示为形成第一绝缘层并形成第一过孔后所呈现的结构示意图。
34.图6显示为自下而上依次形成第一超导层、势垒层及第二超导层后所呈现的结构示意图。
35.图7显示为图形化所述第二超导层后所呈现的结构示意图。
36.图8显示为图形化所述势垒层后所呈现的结构示意图。图9显示为图形化所述第一超导层后所呈现的结构示意图。
37.图10显示为形成第二绝缘层并形成多个第二过孔后所呈现的结构示意图。
38.图11显示为形成第三超导层并图形化后所呈现的结构示意图。
39.元件标号说明
40.100
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一3db正交定向耦合器
41.201
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一阻抗匹配网络
42.202
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二阻抗匹配网络
43.301
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一超导量子干涉器件
44.302
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二超导量子干涉器件
45.401
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第三阻抗匹配网络
46.402
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第四阻抗匹配网络
47.500
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二3db正交定向耦合器
48.601
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
输入端口
49.602、603
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
输出端口
50.604
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
隔离端口
51.701
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一约瑟夫森结
52.702
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二约瑟夫森结
53.703
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一电阻层
54.704
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二电阻层
55.801
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
衬底
56.802
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电阻层
57.803
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一绝缘层
58.804
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一过孔
59.805
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一超导层
60.806
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
势垒层
61.807
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二超导层
62.807
’ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
约瑟夫森结区
63.808
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二绝缘层
64.809
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二过孔
65.810
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第三超导层
具体实施方式
66.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露 的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加 以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精 神下进行各种修饰或改变。
67.请参阅图1至图11。需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明 的基本构想,遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状 及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局 型态也可能更为复杂。
68.实施例一
69.本发明提供一种平衡式超导量子干涉器件微波放大器,请参阅图1,显示为该平衡式超 导量子干涉器件微波放大器的结构框图,包括第一3db正交定向耦合器100、第一阻抗匹配 网络201、第二阻抗匹配网络202、第一超导量子干涉器件301、第二超导量子干涉器件302、 第三阻抗匹配网络401、第四阻抗匹配网络402及第二3db正交定向耦合器500,其中,所 述第一3db正交定向耦合器100用于接收输入信号;所述第一阻抗匹配网络201与所述第二 阻抗匹配网络202连接所述第一3db正交定向耦合器100的输出端;所述第一超导量子干涉 器件301与所述第二超导量子干涉器件302分别连接所述第一阻抗匹配网络201的输出端与 所述第二阻抗匹配网络202的输出端;所述第三阻抗匹配网络401与所述第四阻抗匹配网络 402分别连接所述第一超导量子干涉器件301的输出端与所述第二超导量子干涉器件302的 输出端;所述第二3db正交定向耦合器500连接所述第三阻抗匹配网络401的输出端与所述 第四阻抗匹配网络402的输出端,用于输出信号;所述第一3db正交定向耦合器100、所述 第二3db正交定向耦合器500、所述第一阻抗匹配网络201、所述第二阻抗匹配网络202、所 述第三阻抗匹配网络401及所述第四阻抗匹配网络402均包括超导传输线结构。
70.具体的,所述第一3db正交定向耦合器100用于将输入微波信号分为功率相等、相位差 为90
°
的两路信号分别输出至所述第一阻抗匹配网络201与所述第二阻抗匹配网络202;所 述第一阻抗匹配网络201与所述第二阻抗匹配网络202分别用于实现所述第一3db正交定向 耦合器100与所述第一超导量子干涉器件301、所述第二超导量子干涉器件302之间的阻抗 匹配以实现最大功率传输效率;所述第一超导量子干涉器件301用于放大所述第
一阻抗匹配 网络201与所述第二阻抗匹配网络202传输的信号并输出至所述第三阻抗匹配网络401,所 述第二超导量子干涉器件302用于放大所述第二阻抗匹配网络202传输的信号并输出至所述 第四阻抗匹配网络402;所述第三阻抗匹配网络401及所述第四阻抗匹配网络402分别用于 实现所述第一超导量子干涉器件301、所述第二超导量子干涉器件302与所述第二3db正交 定向耦合器500之间的阻抗匹配以实现最大功率传输效率;所述第二3db正交定向耦合器500 用于将放大后的两个相位差90
°
、功率相等的微波信号合成为一路微波信号输出。
71.具体的,所述第一3db正交定向耦合器100与所述第二3db正交定向耦合器500均基于 平面微纳制备工艺的超导传输线结构实现,所述超导传输线结构包括超导微带线、超导共面 波导线、超导带状线及超导耦合线中的至少一种或其它合适的形式。
72.作为示例,所述第一3db正交定向耦合器100与所述第二3db正交定向耦合器500分别 包括分支线耦合器、耦合线耦合器及lange耦合器中的一种或其它合适的构型。
73.作为示例,请参阅图2,显示为一种基于超导微带线的分支线耦合器的基本结构图,包 括输入端口601、输出端口602、输出端口603及隔离端口604,对应s参数如下:
[0074][0075]
从s参数可以看出,3db正交定向耦合器所有端口均互相匹配,输入端口601的输入信 号功率被对等的分配给输出端口602和输出端口603,相位差为90
°
,且没有功率耦合到隔 离端口604。分支线耦合器具有高度对称性,任意端口都可以作为输入端口,输出端口总是 在与网络的输入端口相反的一侧,而隔离端口是输入端口同侧的余下端口。根据已有分支线 耦合器设计理论,每一段传输线特性阻抗和电长度已经在图1中给出。超导传输线结构采用 超导微带线实现,特征阻抗z0设置为50ω。λ表示中心频率波长。超导微带线特性阻抗与波 长计算可通过软件计算提取。
[0076]
具体的,所述第一超导量子干涉器件301与所述第二超导量子干涉器件302均包括由两 个约瑟夫森结和超导线构成的超导环路,并包括位于所述超导环路上或者附近的输入耦合线 圈和磁场偏置线圈,所述输入耦合线圈用于耦合入射微波信号,所述磁场偏置线圈用于偏置 放大器磁场。本实施例中,所述第一超导量子干涉器件301与所述第二超导量子干涉器件302 还均包括直流偏置引线。
[0077]
具体的,squid是平衡式超导量子干涉器件微波放大器的核心单元,其设计除了需要遵 守基本的squid器件设计原则外,还要考虑用作微波放大器特定需求。增益作为微波放大器 最重要性能参数之一,是与squid的磁通电压转换系数v
φ
和输入微波信号耦合效率成正相 关。为了能够提高磁通电压转换系数v
φ
,需要在工艺制备能力范围内,尽量缩小约瑟夫森结 尺寸。
[0078]
作为示例,所述第一超导量子干涉器件301与所述第二超导量子干涉器件302采用相同 的结构设计,可均采用零阶梯度构型、一阶梯度构型或多阶梯度构型。本实施例中,为了能 够改善输入微波信号耦合效率,从而提高放大器的增益,所述第一超导量子干涉器件301与 所述第二超导量子干涉器件302优选采用二阶梯度构型设计。该构型不仅能够有效
提高输入 信号耦合效率,而且能够有效抑制环境引入的共模噪声,提高微波放大器的性能。
[0079]
作为示例,请参阅图3,显示为二阶梯度构型的squid的一种基本构型图,包括第一约 瑟夫森结701、第二约瑟夫森结702、第一电阻层703、第二电阻层704、超导自感环路、输 入耦合线圈、磁场偏置线圈及引线结构,其中,所述第一约瑟夫森结701与所述第二约瑟夫 森结702通过所述超导自感环路及所述引线结构并联形成超导环路,所述输入耦合线圈及所 述磁场偏置线圈位于超导环路内。需要指出的是,图中部分超导线条的交叉部分在垂直方向 上错开,即位于不同的超导层。在其它实施例中,超导自感环路、输入耦合线圈、磁场偏置 线圈及引线结构的具体版图可以根据需要进行调整。
[0080]
具体的,阻抗匹配网络是实现3db正交定向耦合器与squid之间的最大功率传输的重 要单元。本实施例中,3db正交定向耦合器输出阻抗是50ω,与squid器件的输入阻抗天 然并不匹配。而对于squid的输入阻抗,可以采用sonnet等高频仿真软件进行模拟仿真提 取,其中约瑟夫森结部分,可以采用rcsj模型等效。仿真电路的其他部分根据具体工艺参 数进行建模。
[0081]
作为示例,所述第一阻抗匹配网络201、所述第二阻抗匹配网络202、所述第三阻抗匹配 网络401与所述第四阻抗匹配网络402均基于平面微纳制备工艺的超导传输线结构实现,所 述超导传输线结构包括超导微带线、超导共面波导线、超导带状线及超导耦合线中的至少一 种或其它合适的形式。
[0082]
作为示例,所述第一阻抗匹配网络201、所述第二阻抗匹配网络202、所述第三阻抗匹配 网络401与所述第四阻抗匹配网络402均包括平面传输线阻抗变换网络,所述平面传输线阻 抗变换网络包括四分之一波长阻抗变换网络、高低阻抗变换网络及渐近线阻抗变换网络中的 一种或其它常用的平面传输线阻抗变换网络。本实施例中,所述第一阻抗匹配网络201、所 述第二阻抗匹配网络202、所述第三阻抗匹配网络401与所述第四阻抗匹配网络402均优选 采用基于超导微带线的1/4波长阻抗变换器,其结构简单,设计方法更为简单。
[0083]
本实施例的的平衡式超导量子干涉器件微波放大器的整个电路输入输出端是关于 squid对称,相较于单路squid微波放大器电路,采用平衡式对称结构实现squid微波放 大器不仅能够大幅度提升输入输出匹配性能,扩展器件工作带宽,更容易实现级联;而且还 能够改善放大器饱和功率和良好稳定。
[0084]
实施例二
[0085]
本实施例中提供一种平衡式超导量子干涉器件微波放大器的制备方法,用于制备实施例 一中所述的平衡式超导量子干涉器件微波放大器,包括以下步骤:
[0086]
s1:提供一衬底,形成电阻层于所述衬底上,并图形化所述电阻层;
[0087]
s2:形成覆盖所述电阻层的第一绝缘层于所述衬底上,并形成显露所述电阻层的第一过 孔于所述第一绝缘层中;
[0088]
s3:自下而上依次形成第一超导层、势垒层及第二超导层于所述第一绝缘层上,所述第 一超导层还填充进所述第一过孔中以连接所述电阻层;
[0089]
s4:图形化所述第二超导层以得到约瑟夫森结区;
[0090]
s5:图形化所述势垒层,保留所述势垒层位于所述约瑟夫森结区下的部分;
[0091]
s6:图形化所述第一超导层以得到超导量子干涉器件的环路及引线结构;
[0092]
s7:形成覆盖所述第二超导层的第二绝缘层于所述第一超导层上,并形成多个第二过孔 于所述第二绝缘层中,至少一所述第二过孔显露所述第二超导层,至少一所述第二过孔显露 所述第一超导层;
[0093]
s8:形成第三超导层于所述第二绝缘层上,并图形化所述第三超导层,所述第三超导层 填充进所述第二过孔中。
[0094]
首先请参阅图4,执行所述步骤s1:提供一衬底801,形成电阻层802于所述衬底801 上,并图形化所述电阻层802。
[0095]
作为示例,所述衬底801包括自下而下依次层叠的si层与sio2层,所述电阻层802制备 于所述sio2层上。在其它实施例中,所述衬底801也可包括mgo衬底、al2o3衬底或其它合 适的衬底。
[0096]
作为示例,所述电阻层802包括mo层、tipd层及tiaupd层中的至少一种或其它合适 的金属材料层。所述电阻层802可以通过溅射工艺及金属刻蚀工艺形成,或者通过金属剥离 工艺(lift-off)形成。
[0097]
然后请参阅图5,执行所述步骤s2:形成覆盖所述电阻层802的第一绝缘层803于所述 衬底801上,并形成显露所述电阻层802的第一过孔804于所述第一绝缘层803中。
[0098]
作为示例,通过化学气相沉积、物理气相沉积或其它合适的方法形成所述第一绝缘层803, 所述第一绝缘层803可包括sio2层、sio层或mgo层中的任意一种或其它合适的绝缘材料 层。
[0099]
作为示例,通过光刻工艺及刻蚀工艺形成所述第一过孔804,所述刻蚀工艺包括干法刻 蚀和/或湿法刻蚀。
[0100]
接着请参阅图6,执行所述步骤s3:自下而上依次形成第一超导层805、势垒层806及 第二超导层807于所述第一绝缘层803上,所述第一超导层805还填充进所述第一过孔804 中以连接所述电阻层802。
[0101]
作为示例,第一超导层805的材质包括nb、nbn、al、ti、mo或其它合适的超导材料, 所述势垒层806的材质包括氧化铝、氮化铝等合适的绝缘材料,所述第二超导层807的材质 nb、nbn、al、ti、mo或其它合适的超导材料。例如,第一超导层/势垒层/第二超导层可采 用nb/al-alox/nb结构、nbn/al-alox/nbn结构及nbn/aln/nbn结构中的任意一种,其中, al-alox是指势垒层是通过先生长铝层,然后氧化该铝层得到,不同的氧的组分x值代表不 同的氧化程度。在其它实施例中,第一超导层/势垒层/第二超导层也可采用其它合适的材料组 合。
[0102]
再请参阅图7,执行所述步骤s4:图形化所述第二超导层807以得到约瑟夫森结区807’。
[0103]
作为示例,可通过反应离子腐蚀工艺、离子束刻蚀工艺、剥离工艺、化学刻蚀工艺或其 它合适的工艺图形化所述第二超导层807以得到所述约瑟夫森结区807’。
[0104]
再请参阅图8,执行所述步骤s5:图形化所述势垒层806,保留所述势垒层806位于所 述约瑟夫森结区807’下的部分。
[0105]
作为示例,可通过反应离子腐蚀工艺、离子束刻蚀工艺、剥离工艺、化学刻蚀工艺或其 它合适的工艺图形化所述势垒层806。
[0106]
再请参阅图9,执行所述步骤s6:图形化所述第一超导层805以得到超导量子干涉器件 的环路及引线结构。
[0107]
作为示例,可通过反应离子腐蚀工艺、离子束刻蚀工艺、剥离工艺、化学刻蚀工艺或其 它合适的工艺图形化所述第一超导层805。
[0108]
再请参阅图10,执行所述步骤s7:形成覆盖所述第二超导层807的第二绝缘层808于所 述第一超导层805上,并形成多个第二过孔809于所述第二绝缘层808中,至少一所述第二 过孔809显露所述第二超导层807以引出约瑟夫森结的顶电极,至少一所述第二过孔809显 露所述第一超导层805以间接引出所述电阻层802。
[0109]
作为示例,通过化学气相沉积、物理气相沉积或其它合适的方法形成所述第二绝缘层808, 所述第二绝缘层808可包括sio2层、sio层或mgo层中的任意一种或其它合适的绝缘材料 层。
[0110]
作为示例,通过光刻工艺及刻蚀工艺形成所述第二过孔809,所述刻蚀工艺包括干法刻 蚀和/或湿法刻蚀。
[0111]
再请参阅图11,执行所述步骤s8:形成第三超导层810于所述第二绝缘层808上,并图 形化所述第三超导层810,所述第三超导层810填充进所述第二过孔809中。
[0112]
作为示例,可通过反应离子腐蚀工艺、离子束刻蚀工艺、剥离工艺、化学刻蚀工艺或其 它合适的工艺图形化第三超导层810。
[0113]
作为示例,所述第一3db正交定向耦合器100、所述第二3db正交定向耦合器500、所 述第一阻抗匹配网络201、所述第二阻抗匹配网络202、所述第三阻抗匹配网络401及所述第 四阻抗匹配网络402的超导传输线结构分别是基于所述第一超导层805和/或所述第三超导层 810的图形化得到。例如,所述第一3db正交定向耦合器100的超导传输线结构可仅由所述 第一超导层805或所述第三超导层810图形化得到,也可一部分由所述第一超导层805图形 化得到,另一部分由所述第三超导层810图形化得到,所述第一3db正交定向耦合器100位 于不同超导层中的部分可通过过孔连接。同样,所述第二3db正交定向耦合器500、所述第 一阻抗匹配网络201、所述第二阻抗匹配网络202、所述第三阻抗匹配网络401及所述第四阻 抗匹配网络402的超导传输线结构也是如此,此处不再赘述。
[0114]
本实施的平衡式超导量子干涉器件微波放大器的制备方法采用平面微纳制备工艺加工实 现第一3db正交定向耦合器100、第一阻抗匹配网络201、第二阻抗匹配网络202、第一超导 量子干涉器件301、第二超导量子干涉器件302、第三阻抗匹配网络401、第四阻抗匹配网络 402及第二3db正交定向耦合器500的制备,与现有大部分超导器件制备工艺兼容,可大大 提高相关低温探测系统集成度。
[0115]
综上所述,本发明的平衡式超导量子干涉器件微波放大器的整个电路输入输出端是关于 squid对称,即采用平衡式对称结构,相较于单路squid微波放大器电路,平衡式squid 微波放大器不仅能够大幅度提升输入输出匹配性能,扩展器件工作带宽,更容易实现级联; 而且还能够改善放大器饱和功率和良好稳定。同时,平衡式squid微波放大器采用平面微纳 制备工艺加工实现,与现有大部分超导器件制备工艺兼容,可大大提高相关低温探测系统集 成度。所以,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0116]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟
悉此技 术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡 所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等 效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。
再多了解一些

本文用于企业家、创业者技术爱好者查询,结果仅供参考。

发表评论 共有条评论
用户名: 密码:
验证码: 匿名发表

相关文献