[发明专利]低温微波源、低温微波源芯片及其制作方法

权利要求书

1.一种低温微波源芯片，其特征在于，包括衬底以及位于衬底表面上的透射腔、偏置结、电压偏置线、以及直流偏置线；

其中，所述透射腔用于发射微波光子，所述透射腔包括SQUID链，所述SQUID链包括多个SQUID结构，所述多个SQUID结构相互串联；

所述偏置结与所述透射腔电连接，用于产生微波光子；

所述电压偏置线用于为所述偏置结施加偏置电压，使所述偏置结中的电子库珀对通过受激发射的方式，转化为微波光子；

所述直流偏置线用于为所述透射腔施加磁场；

其中，所述透射腔的谐振频率由所述SQUID链的总电容和总电感决定；所述SQUID链的总电感随所述磁场大小的变化而变化，所述磁场的大小随所述直流偏置线中电流大小的变化而变化。

2.根据权利要求1所述的低温微波源芯片，其特征在于，所述透射腔的总电感大于所述偏置结的总电感，以使所述电子库珀对在恒压偏置的情况下，通过产生或吸收一个光子，即可隧穿通过所述偏置结。

3.根据权利要求2所述的低温微波源芯片，其特征在于，所述微波光子从所述透射腔中发射出去时的发射速率，小于所述电子库珀对隧穿通过所述偏置结的隧穿速率，以使所述微波光子在发射出去之前，再次被所述电子库珀对吸收，以促进所述电子库珀对的下一次隧穿，以持续产生微波光子。

4.根据权利要求3所述的低温微波源芯片，其特征在于，所述SQUID结构为两个并联的约瑟夫森结构成的环状结构；

所述约瑟夫森结包括依次位于所述衬底表面的第一超导层、绝缘层和第二超导层。

5.根据权利要求4所述的低温微波源芯片，其特征在于，所述直流偏置线包括长条状的电极条，所述电极条的长边与所述SQUID链平行设置。

6.根据权利要求5所述的低温微波源芯片，其特征在于，所述衬底表面除所述透射腔、偏置结、电压偏置线、以及直流偏置线之外，还包括金属层，所述金属层包围所述透射腔、偏置结、电压偏置线、以及直流偏置线，且所述金属层、所述电压偏置线及所述直流偏置线在同一光刻过程中形成；

所述透射腔与分别位于其两侧的所述金属层及所述直流偏置线构成共面波导结构；

所述直流偏置线与其周围的所述金属层构成共面波导结构。

7.根据权利要求6所述的低温微波源芯片，其特征在于，所述偏置结为约瑟夫森结。

8.根据权利要求7所述的低温微波源芯片，其特征在于，所述偏置结的一端与所述透射腔的输出端直接相连，另一端与所述金属层直接相连。

9.根据权利要求8所述的低温微波源芯片，其特征在于，所述偏置结的形成方向与SQUID链透射腔中约瑟夫森结的形成方向一致，以使所述偏置结与所述SQUID链在同一工艺步骤中形成。

10.根据权利要求9所述的低温微波源芯片，其特征在于，所述偏置结与所述透射腔的输出端的连接方式为：在所述透射腔长边且靠近所述透射腔输出端的位置，延伸出长条形的导电材料作为第一连接线，所述第一连接线与所述偏置结的第一边直接接触；

所述偏置结与所述金属层的连接方式为：在所述偏置结的第二边延伸出长条形的导电材料作为第二连接线，在金属层朝向所述偏置结的方向上延伸出长条形的导电材料作为第三连接线，所述第二连接线与所述第三连接线直接相连，且二者的夹角为直角，所述偏置结的第一边与第二边为沿所述透射腔长度方向相对的两个边。

11.根据权利要求10所述的低温微波源芯片，其特征在于，所述第一连接线、所述第二连接线与所述偏置结在同一工艺步骤中形成；所述第三连接线与所述金属层在同一工艺步骤中形成。