[发明专利]约瑟夫森结阵列及共面波导结构

说明书

本申请提供一种约瑟夫森结阵列及共面波导结构。所述第一结堆栈和所述第二结堆栈均为多层势垒结构，在垂直于所述第一电极方向形成多堆栈约瑟夫森结。所述多个第一电极间隔设置，一个所述第二电极将相邻的两个所述结堆栈对中的所述第一结堆栈和所述第二结堆栈电连接，形成多堆栈约瑟夫森结不同方向的串联。所述约瑟夫森结阵列及共面波导结构在相同结数集成度条件下缓解了垂直方向上的约瑟夫森结堆栈数量的压力。通过约瑟夫森结在不同方向上的串联连接，所述约瑟夫森结阵列的分布散热的效果大大提高，大规模集成约瑟夫森结阵的大电流偏置工作范围不会受到限制，并且在制备角度有利于后续绝缘层的高质量覆盖，提高芯片成品率。

技术领域

本申请涉及集成超导约瑟夫森结阵电路，特别是涉及一种约瑟夫森结阵列及共面波导结构。

背景技术

在现代的电压计量工作中，利用的是交流约瑟夫森效应，即将特定频率的微波通过约瑟夫森结时在结的I-V曲线上可观察到量子化的夏皮罗电压台阶。对于约瑟夫森结阵，一个重要的考量是提高其输出电压。为了得到较高的输出电压，需要在串联电路中集成更多的约瑟夫森结。由于芯片尺寸的限制，串联的成千上万的约瑟夫森结需要在平面内多次180度回折排布。然而共面波导的每次180度回折都会带来附加的微波功率损耗，因此应该在芯片有限的长度内实现最多的约瑟夫森结集成以达到最少的180度回折次数。但是，传统的约瑟夫森结阵列结构中的结堆栈过于密集，导致产生的热在短时间不能散发，从而引起温度升高影响了约瑟夫森结阵列结构的大电流偏置工作范围。

发明内容

基于此，有必要针对传统约瑟夫森结阵列结构中堆栈数太多导致散热不良的问题，提供一种在共面波导单位长度内高集成度的约瑟夫森结阵列及共面波导结构。

本申请提供一种约瑟夫森结阵列包括多个第一电极、多个结堆栈对以及多个第二电极。所述多个第一电极间隔设置，每个所述第一电极包括相对的第一表面和第二表面。每个所述第一电极的第一表面设置有一个所述结堆栈对，每个所述结堆栈对包括一个第一结堆栈和一个与所述第一结堆栈间隔设置的第二结堆栈，所述第一结堆栈和所述第二结堆栈均为多层势垒结构。每个所述第二电极与所述第一电极间隔相对设置，所述结堆栈对设置于所述第一电极与所述第二电极之间，一个所述第二电极将相邻的两个所述结堆栈对中的所述第一结堆栈和所述第二结堆栈电连接。

在其中一个实施例中，所述第一结堆栈包括多个第一势垒层、多个第一中间电极以及第一上电极。每个所述第一中间电极设置于相邻两个所述第一势垒层之间。每个所述第一上电极设置于所述第一结堆栈远离所述第一表面的所述第一势垒层的表面。

在其中一个实施例中，所述第二结堆栈包括多个第二势垒层、多个第二中间电极以及第二上电极。每个所述第二中间电极设置于相邻两个所述第二势垒层之间。每个所述第二上电极设置于所述第二结堆栈远离所述第一表面的所述第二势垒层的表面。

在其中一个实施例中，一个所述第二电极将一个所述结堆栈对中的所述第一上电极与相邻的一个所述结堆栈对中的所述第二上电极电连接。

在其中一个实施例中，所述约瑟夫森结阵列还包括绝缘层。所述绝缘层设置于所述多个结堆栈对与所述多个第二电极之间。且所述绝缘层设置有多个开口，所述多个开口设置于所述多个第二电极与所述多个第一上电极以及所述多个第二上电极之间，用以电连接。

在其中一个实施例中，所述第一结堆栈与所述第二结堆栈结构相同。

在其中一个实施例中，所述多个第二电极为图案化电极。

在其中一个实施例中，一种共面波导结构，包括如上述任一实施例所述的约瑟夫森结阵列以及基板。所述约瑟夫森结阵列设置于所述基板。

在其中一个实施例中，所述共面波导结构还包括信号线以及两根地线。所述信号线设置于所述基板。所述两根地线设置于所述基板，且所述两根地线分别设置于所述信号线的两侧。