High-T<i>c</i> superconducting Josephson mixers for terahertz heterodyne detection

Malnou, M.; Feuillet-Palma, C.; Ulysse, C.; Faini, G.; Febvre, Pascal; Sirena, M.; Olanier, Ludovic; Lesueur, J.; Bergeal, N.

doi:10.1063/1.4892940

Cited by 56 publications

(73 citation statements)

References 35 publications

(34 reference statements)

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…На подложку напыляется YBCO пленка, затем, для дальнейшего фор-мирования омических контактов [1][2][3], на нее in situ или в другой установке, сразу после напыления YBCO, осаждается металлическая пленка. После напыления этих слоев формируется требуемая топология струк-туры, для чего используется ионное или химическое травление [3][4][5]. Для получения изолирующих областей, разделяющих сверхпроводящие элементы, может приме-няться также ионная имплантация [4,6,7].…”

Section: Introductionunclassified

“…После напыления этих слоев формируется требуемая топология струк-туры, для чего используется ионное или химическое травление [3][4][5]. Для получения изолирующих областей, разделяющих сверхпроводящие элементы, может приме-няться также ионная имплантация [4,6,7]. Формирование топологии является критически важным этапом при изготовлении планарных структур на основе YBCO пленок, существенно влияющим на конечные параметры прибора, что обусловлено высокой чувствительностью свойств YBCO пленок к внешним воздействиям.…”

unclassified

See 1 more Smart Citation

Новый Подход К Формированию Топологии Планарных Структур На Основе Высокотемпературного Сверхпроводника YBCO

Мастеров¹,

Павлов²,

Парафин³

2017

Физика Твердого Тела

View full text Add to dashboard Cite

Представлена новая технология формирования планарных сверхпроводниковых структур на основе пленок YBCO с металлическими контактами, полностью исключающая процессы травления. Нужная топология сверхпроводящих элементов из пленки YBCO создается предложенным методом " задающей маски". Омические контакты к сверхпроводящей структуре изготавливаются методом взрывной фотолитографии. Для исследования возможностей данной технологии были проведены измерения сверхпроводящих мостиков шириной 3, 10 и 50 µm и тестовых структур для измерения контактного сопротивления.Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект 16-19-10478 ВведениеПри традиционном подходе к изготовлению планар-ных структур на основе пленок высокотемпературного сверхпроводника YB 2 Cu 3 O 7−x (YBCO) последователь-ность основных операций следующая. На подложку напыляется YBCO пленка, затем, для дальнейшего фор-мирования омических контактов [1-3], на нее in situ или в другой установке, сразу после напыления YBCO, осаждается металлическая пленка. После напыления этих слоев формируется требуемая топология струк-туры, для чего используется ионное или химическое травление [3][4][5]. Для получения изолирующих областей, разделяющих сверхпроводящие элементы, может приме-няться также ионная имплантация [4,6,7]. Формирование топологии является критически важным этапом при изготовлении планарных структур на основе YBCO пленок, существенно влияющим на конечные параметры прибора, что обусловлено высокой чувствительностью свойств YBCO пленок к внешним воздействиям.При химическом травлении YBCO возникает значи-тельный и плохо контролируемый уход размеров форми-руемой структуры относительно фоторезистивной маски ( " подтрав"), связанный с наличием медленно (по срав-нению с YBCO) растворимых в травителе вторичных фаз. Кроме того, во время травления край пленки YBCO повреждается на большую, порядка 1 µm, глубину [5]. Сложности, возникающие при ионном травлении YBCO, связаны, прежде всего, с низкой скоростью травления материала пленки, что требует повышения стойкости за-щитной маски. Кроме того, образец во время травления нагревается и его необходимо охлаждать, чтобы не про-изошла деградация YBCO пленки. Следует отметить, что поскольку коэффициент диффузии кислорода в пленке YBCO в направлении a-b во много раз больше, чем в на-правлении оси c, то структуры, полученные травлением, и, следовательно, с открытыми в направлении a−b слоя-ми YBCO, более подвержены деградации. При создании изолирующих областей методом ионной имплантации возникают сложности с удалением фоторезистивной маски, что связано с задубливанием фоторезиста при воздействии высокоэнергетичных ионов.При химическом травлении металлических слоев к повреждениям поверхности и края YBCO из-за контакта с травителем добавляется также значительный и плохо контролируемый подтрав под фоторезистивную маску, что связано с низкой адгезией металла к пленке. Удале-ние металла с поверхности YBCO ионным травлением может приводить к деградации свойств структуры из-за радиационного воздействия ионов на пленку. Травл...

show abstract

Section: Introductionunclassified

unclassified

Новый Подход К Формированию Топологии Планарных Структур На Основе Высокотемпературного Сверхпроводника YBCO

Мастеров¹,

Павлов²,

Парафин³

2017

Физика Твердого Тела

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…1(d) between Shapiro and PAT steps, which leads to appearance of super-steps, marked by ovals. Such super-steps do not occur in the absence of PAT [8].…”

mentioning

confidence: 98%

“…As a result the superconducting gap assumes quantized values equal to multiples of the quarter of the photon energy. The quantization is a manifestation of nonequilibrium tuning (suppression or enhancement) of superconductivity by the microwave field.Superconducting Josephson junctions are used as sensitive detectors of microwave (MW) and terahertz signals [1][2][3][4][5][6][7][8]. Application of MW radiation leads to appearance of Shapiro and photon assisted tunneling (PAT) steps in the current-voltage (I-V ) characteristics of a junction at eV = ±nhf /2 and eV = ±2∆ ± nhf , respectively.…”

mentioning

confidence: 99%

Quantization of the superconducting energy gap in an intense microwave field

Boris

Krasnov

2015

Phys. Rev. B

View full text Add to dashboard Cite

We study photon assisted tunneling in Nb/AlOx/Nb Josephson junctions. A quantitative calibration of the microwave field in the junction allowed direct verification of the quantum efficiency of microwave photon detection by the junctions. We observe that voltages of photon assisted tunneling steps vary both with the microwave power and the tunneling current. However, this variation is not monotonous, but staircase-like. The phenomenon is caused by mutual locking of positive and negative step series. A similar locking is observed with Shapiro steps. As a result the superconducting gap assumes quantized values equal to multiples of the quarter of the photon energy. The quantization is a manifestation of nonequilibrium tuning (suppression or enhancement) of superconductivity by the microwave field.Superconducting Josephson junctions are used as sensitive detectors of microwave (MW) and terahertz signals [1][2][3][4][5][6][7][8]. Application of MW radiation leads to appearance of Shapiro and photon assisted tunneling (PAT) steps in the current-voltage (I-V ) characteristics of a junction at eV = ±nhf /2 and eV = ±2∆ ± nhf , respectively. Here f is the MW frequency and ∆ is the superconducting energy gap. Shapiro and PAT steps originate from Cooper pair and quasiparticle (QP) currents, correspondingly (for details see e.g. Ref.[9]). A response of junctions to weak MW signals is well understood [1][2][3]. For example, the differential conductivity due to PAT is described by the Tien-Gordon theory:where J n are Bessel functions of integer order n, V M W is the MW voltage amplitude in the junction and I 0 (V ) is a dc-current without MW. Positive/negative n terms in this expression describe contributions from PAT with absorbtion/emission of n photons. However, such a textbook description works only for weak MW signals that do not affect superconducting properties of junction electrodes. Strong electromagnetic fields may disturb a thermal equilibrium state. This may either suppress [10,11] or enhance [12][13][14][15] superconducting properties, such as ∆ and the critical current I c . Current flow through the junctions also leads to disruption of the equilibrium. Analysis of such nonequilibrium effects at low temperatures is complicated by essentially nonlinear response of the junction to perturbations [16]. Detailed understanding of nonequilibrium effects in Josephson junctions is lacking and is important both for optimization of operation of superconducting quantum devices [17][18][19][20][21][22] and for fundamental studies of the pairing mechanism in unconventional superconductors [23]. To investigate the influence of nonequilibrium effects in intense MW fields V M V > 2∆/e on detection characteristics of Josephson junctions is the main objective of our work.In this work we study photon assisted tunneling steps in Nb/AlOx/Nb Josephson junctions. Using an absolute calibration of the MW field inside the junction we demonstrate quantum efficiency of microwave photon detection by our junctions. We observe that contrary to...

show abstract

“…Это обусловлено очень высокой чувствительностью свойств пленок YBCO к внешним воздействиям. При традиционном методе по-лучения структур на основе пленок YBCO в готовой пленке химическим или ионным травлением [11,12], или же ионной имплантацией создаются изолирующие области [13][14][15], разделяющие сверхпроводящие элемен-ты. В настоящей работе был использован альтернатив-ный метод формирования топологии, в котором напы-ление пленки YBCO является завершающим этапом изготовления структуры.…”

unclassified

Исследование Свч-Свойств Высокотемпературных Джозефсоновских Контактов На Сапфировой Бикристалической Подложке

Пестов¹,

Мастеров²,

Парафин³

et al. 2017

Физика Твердого Тела

View full text Add to dashboard Cite

Исследованы ВТСП бикристаллические переходы шириной до 50 µm на сапфировых подложках. Измерены зависимости величины критического тока от температуры и внешнего магнитного поля для таких контактов. При температуре 77 K получены ступени Шапиро на ВАХ с напряжением порядка 150 µV при облучении на частоте 73 GHz джозефсоновского перехода на сапфировой подложке. Проанализирована возможность использования таких контактов в эталонах напряжения при температуре 77 K в области СВЧ и терагерцовых частот.Авторы благодарят за частичную поддержку гранты РФФИ № 15-02-05793, № 15-42-02469 (р-поволжье), № 16-02-00727, а также грант РНФ № 15-12-10020. В работе использовано оборудование ЦКП " Физика и технология микро-и наноструктур". DOI: 10.21883/FTT.2017.11.45047.06k ВведениеВысокочувствительные микроволновые приемники необходимы для мониторинга атмосферы, биомедицин-ских исследований, контроля безопасности. Обычные полупроводниковые детекторы ограничены по частоте и чувствительности. Стандартные Фурье-спектрометры, генераторы гетеродина на основе ламп обратной волны и лазеров дальнего ИК-диапазона громозки, сложны в управлении и дорогостоящи. Альтернативой всем этим устройствам могут стать сверхпроводниковые устрой-ства, такие как, джозефсоновские прямые и селек-тивные детекторы, СИС-смесители с джозефсоновски-ми генераторами гетеродина, гильберт-спектрометры, СКВИД-датчики, усилители, эталоны напряжения [1-3]. В отличие от традиционных ниобиевых устройств, с рабочей температурой в районе 4 K, высокотемпера-турные сверхпроводники (ВТСП) позволяют работать при температуре жидкого азота 77 K, в том числе с использованием простых и дешевых криоохладителей замкнутого цикла [4].Одним из перспективных применений высокотемпера-турных сверхпроводников является эталон напряжения на основе цепочек из джозефсоновских контактов [4,5]. Для создания микросхем для этих целей на современном этапе применяется технология, основанная на использо-вании бикристаллических контактов, которая позволяет изготавливать из них цепочки на основе высокотемпе-ратурных сверхпроводников с требуемыми параметра-ми и воспроизводимым образом. Основные этапы этой технологии включают в себя выбор подходящей бикри-сталлической подложки, выращивание на этой подложке эпитаксиальной тонкой пленки высокотемпературного сверхпроводника, формирование рисунка схемы метода-ми фотолитографии и ионного травления. В настоящее время для получения высококачественных бикристал-лических контактов широко используются подложки из окиси иттрия, стабилизированной цирконием (YSZ) [4,5]. Однако недостатками этих подложек являются высокие СВЧ-потери и их низкая теплопроводность. В то же время, ВТСП-бикристаллические переходы на сапфиро-вых подложках [6-10] представляются перспективными кандидатами для использования в эталонах напряжения, поскольку сапфир имеет низкое поглощение на СВЧ и хорошие тепловые характеристики. Поэтому создание микросхем на основе сапфировых подложек может при-вести к созданию новых эталонов, что расширит область применения этих приборов в квантовой метрологии и р...

show abstract

High-Tc superconducting Josephson mixers for terahertz heterodyne detection

Cited by 56 publications

References 35 publications

Новый Подход К Формированию Топологии Планарных Структур На Основе Высокотемпературного Сверхпроводника YBCO

Новый Подход К Формированию Топологии Планарных Структур На Основе Высокотемпературного Сверхпроводника YBCO

Quantization of the superconducting energy gap in an intense microwave field

Исследование Свч-Свойств Высокотемпературных Джозефсоновских Контактов На Сапфировой Бикристалической Подложке

Contact Info

Product

Resources

About