[发明专利]一种适用超导串联约瑟夫森双晶结的嵌入蜿蜒线的蝶形天线

说明书

本发明公开一种适用超导串联约瑟夫森双晶结的嵌入蜿蜒线的蝶形天线，包括多个低阻抗混频器，多个低阻抗混频器之间连接有蜿蜒线金属层；左右两侧边缘的蜿蜒线金属层连接有弯折线金属层；所述弯折线金属层一侧连接有蝶形金属层；所述低阻抗混频器位于同一竖直线上，该竖直线所构成的晶界线在超导薄膜处形成为约瑟夫森结；该晶界线与左右两个蝶形金属层所形成的平行线垂直。本发明能够完成单一天线与各个串联结间的低阻抗匹配外，还避免天线主体分布在具有超导材料的双晶晶界上以免造成晶界处对串联的约瑟夫森结混频器的影响，减少制备过程中多次光刻显影时水对YBCO薄膜的损伤。

技术领域

本发明涉及一种适用超导串联约瑟夫森双晶结的嵌入蜿蜒线的蝶形天线，属于超导和太赫兹通信领域。

背景技术

超导约瑟夫森结在制造高频器件方面具有巨大潜力，例如太赫兹发射源、电压标准、灵敏探测器和混频器。目前最具吸引力的发展是太赫兹通信中的太赫兹接收机。由于太赫兹波段大气衰减严重，超灵敏太赫兹接收机的有效检测面临巨大挑战。高温超导混频器是太赫兹接收机前端的理想选择，因为与用于冷却低温超导器件的混频器相比，它们的混频谐波数大，灵敏度高，带宽宽，本振功率要求低，低温成本低。

与具有高电阻的光电混频器不同，超导约瑟夫森结混频器具有相当低的阻抗。例如，材料为YBa₂Cu₃O_7-δ（YBCO）的超导约瑟夫森结的正常态电阻的典型值约为1–40欧姆. 应用在混频器上的太赫兹天线应与混频器达成共轭匹配，以传输最大功率。然而，传统的天线没有如此低的阻抗。对于光电混合器，耦合天线的阻抗应提高到千欧姆以实现良好的阻抗匹配。相反，对于超导约瑟夫森结混频器，耦合的天线阻抗应大大降低。关于降低耦合天线的输入阻抗以匹配超导约瑟夫森结混频器，已有了相关报道。实验证明，混合性能得到了很大改善。

另一方面，串联约瑟夫森结可以改善器件的阻抗，从而实现与耦合天线的阻抗匹配。足够多的串联结可以达到常见类型天线的阻抗。但许多的约瑟夫森结串联很难实现加工技术的一致性及同相位工作，良好的混频性能也不能得到提升。3个串联的约瑟夫森结混频器最大谐波数已提高到154。然而，天线和每个串联结之间的阻抗不匹配仍然存在。对于串联的约瑟夫森结器件，应研究多源激励下输入电阻低于常用天线类型电阻的新型天线。特别地，对于双晶结构的约瑟夫森结，因为其晶界位置的固定性，串联的约瑟夫森结必须在晶界所在的直线上才能构成约瑟夫森结特性，为降低制备工艺的复杂性和避免天线主体分布在双晶晶界上造成晶界处超导材料对串联的约瑟夫森结混频器的影响，适用于串联约瑟夫森结混频器的天线需要做到单一天线与各个串联结的传输匹配特性，并且需考虑放置串联结的位置，即天线主体与串联结连线的不相干性。

已报道的超导串联约瑟夫森结混频器嵌入在蜿蜒线中，如图1所示，为保持拓扑网络的对称性，中心点没有放置激励源。超导双晶约瑟夫森结的形成在晶界处，经过结界的超导膜越窄，临界电流越小，器件越灵敏。若已报到的天线应用在串联双晶结混频器，晶界经过天线（Au层）的地方，天线下的YBCO薄膜需要刻蚀掉，否则超流很大而破坏器件性能，其制备流程如图2所示。除了位置中心线上的4个位置留有YBCO膜，其他位置都需刻蚀掉，见步骤④。整个芯片的制备需要两次光刻显影，YBCO薄膜怕水，因多次接触水器件的性能会有所降低。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种适用超导串联约瑟夫森双晶结的嵌入蜿蜒线的蝶形天线，从而避免天线主体分布在具有超导材料的双晶晶界上以免造成晶界处对串联的约瑟夫森结混频器的影响，减少制备过程中多次光刻显影时水对YBCO薄膜的损伤。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种适用超导串联约瑟夫森双晶结的嵌入蜿蜒线的蝶形天线，包括多个低阻抗混频器，多个低阻抗混频器之间连接有蜿蜒线金属层；左右两侧边缘的蜿蜒线金属层连接有弯折线金属层；所述弯折线金属层一侧连接有蝶形金属层；所述低阻抗混频器位于同一竖直线上，该竖直线所构成的晶界线在超导薄膜处形成为约瑟夫森结；该晶界线与左右两个蝶形金属层所形成的平行线垂直。