[发明专利]一种用于超导转变边缘探测器阵列读出的时分复用SQUID放大器及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种用于超导转变边缘探测器阵列读出的时分复用SQUID放大器，所述时分复用SQUID放大器由超导开关选择和控制每个超导转变边缘探测器(TES)的信号读出，所述超导开关由SQUID串联阵列组成，所述每个TES的信号读出系统由两级SQUID放大器组成，其中，所述两级SQUID放大器的第一级是几个SQUID串联组成的阵列，用于单个TES的信号匹配读出，所述两级SQUID放大器的第二级是几十个SQUID串联组成的阵列，用于放大器第一级读出信号的放大。本发明中时分复用SQUID放大器的SQUID环路为二阶梯度SQUID，有效抵消外部磁场，并采用并联电感的方式，增大与输入线圈和反馈线圈的耦合面积，与输入线圈和反馈线圈的耦合方式采用上下重叠耦合方式，互感系数大，有利于小信号TES阵列的读出。

技术领域

本发明属于通信技术领域，设计超导量子干涉仪(SQUID)放大器，特别涉及一种用于超导转变边缘探测器阵列读出的时分复用SQUID放大器。

背景技术

超导转变边沿探测器(TES)具有量子效率高、可分辨光子数，并且噪声性能好、响应线性度高、便于集成等优势，近年来被广泛应用。TES探测器既可以被用作探测毫米波和微米波的辐射热探测器，也被用作探测X射线和γ射线等高能光子的微量能器。由于TES的输出信号很弱，需要用低噪声放大器放大。超导量子干涉仪(SQUID)具有高的磁场灵敏度和低噪声等优点，可用于TES探测器的信号读出。目前，使用SQUID放大器读出TES探测器阵列的技术主要包括时分复用、频分复用、码分复用和微波复用，其中，时分复用方式是最容易实现的读出方式。国外对于时分复用技术已经成熟，然而，国内在时分复用读出技术方面刚刚起步。美国国家标准与技术研究院(NIST)和德国联邦物理技术研究院(PTB)掌握了较为先进的时分复用SQUID读出技术，NIST和PTB设计的时分复用SQUID放大器结构较为类似，其中SQUID环路与TES信号输入线圈、反馈线圈在同一平面交叉耦合，这种耦合方式互感系数小，不利于小信号TES的读出放大。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于超导转变边缘探测器阵列读出的时分复用SQUID放大器，提高了SQUID环路与TES信号输入线圈、反馈线圈的互感系数。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于超导转变边缘探测器阵列读出的时分复用SQUID放大器，由超导开关选择和控制每个超导转变边缘探测器(TES)的信号读出，每个TES的信号读出系统由两级SQUID放大器组成。

优选地，所述超导开关以及两级SQUID放大器的第一级和第二级均是由SQUID串联组成的阵列。

优选地，所述超导开关中串联SQUID的数目为10～100，所述两级SQUID放大器的第一级中串联SQUID的数目为1～10个，第二级中串联SQUID的数目为10～100个。

优选地，所述超导开关与两级SQUID放大器中的第一级SQUID并联，第一级SQUID中的信号通过线圈耦合到第二级SQUID。

优选地，所述超导开关以及两级SQUID放大器中，SQUID环路与输入线圈、反馈线圈的耦合方式均采用上下重叠耦合方式。

优选地，所述SQUID环路为二阶梯度SQUID。

优选地，所述SQUID环路采用并联电感的方式增大与输入线圈和反馈线圈的耦合面积。

本发明还提供了所述用于超导转变边缘探测器阵列读出的时分复用SQUID放大器的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一、在晶向硅片正面生长SiO₂薄膜；

步骤二、在步骤一中得到的样品正面制备Nb/AlO_x/Nb三层膜，然后进行第一次光刻，并刻蚀上层Nb膜和AlO_x膜，得到约瑟夫森结区图形；