Джозефсоновские Контакты Из Высокотемпературных Сверхпроводников Для Эталонов Напряжения

Abstract

Представлены результаты исследования высокочастотных свойств многоконтактных джозефсоновских схем из высокотемпературных сверхпроводников и особенности их использования в эталонах напряжения.Авторы благодарят за частичную поддержку гранты РФФИ № 15-02-05793, № 15-42-02469, № 16-32-00686, а также грант РНФ № 15-12-10020. ВведениеРешение многих задач в области разработки перспек-тивных аналоговых и цифровых устройств сверхпровод-никовой электроники связывается в настоящее время с использованием многоэлементных джозефсоновских структур. Среди них особое место занимают когерентно осциллирующие цепочки джозефсоновских контактов, которые используются как при разработке генераторов джозефсоновского излучения, так и в эталонах напряже-ния [1][2][3][4]. Принципиальная важность последнего приме-нения связана с тем, что неизвестны другие физические эффекты, которые могли бы составить конкуренцию эффекту Джозефсона в квантовой метрологии по точ-ности воспроизведения единицы напряжения. Основой использования эффекта Джозефсона в квантовой метро-логии является тот факт, что под воздействием внешнего электромагнитного поля с частотой f на вольт-амперной характеристике (ВАХ) контакта возникают ступени тока при напряженияхгде K J = 2e/h = 483.5979 GHz/mV -постоянная Джо-зефсона, а n -целое число. Квантованное напряже-ние (1), возникающее на одном джозефсоновском кон-такте, обычно мало, и для его увеличения необходимо включение последовательно большого числа синхрон-но осциллирующих контактов. Важнейшими условиями для синхронизации цепочек контактов являются малый разброс их параметров, а также наличие электроди-намической системы, обеспечивающей эффективное и равномерное взаимодействие контактов с внешним элек-тромагнитным излучением. Современные технологии изготовления джозефсонов-ских контактов из ниобия позволяют синхронизировать внешним сигналом цепочки из нескольких десятков тысяч контактов. Эти микросхемы являются основой национальных эталонов напряжения во многих странах мира, включая Россию [4,5]. Однако необходимость охла-ждения ниобиевых микросхем до температуры жидкого гелия и связанные с этим высокие эксплуатационные расходы, а также ограниченное число фирм [6,7], выпус-кающих эти микросхемы, сдерживают применение ука-занных приборов в региональных центрах метрологии и стандартизации.В настоящей работе рассмотрены условия синхро-низации внешним сигналом цепочек шунтированных бикристаллических джозефсоновских контактов, работа-ющих при температуре 77 K. Успешное решение данной задачи приведет к созданию новых эталонов, что рас-ширит область применения этих приборов в квантовой метрологии и радиоизмерительной технике. Джозефсоновская микросхема из бикристаллических контактов: технология и требования к параметрамКак уже отмечалось выше, для увеличения выходного напряжения микросхемы V джозефсоновские контакты соединяют последовательно и пропускают через них общий ток смещения. Параметры контактов и условия их работы выбираются таким образом, чтобы на каждом контакте возникало напряжение (1), а суммарное напря-жение было...

Исследование Свч-Свойств Высокотемпературных Джозефсоновских Контактов На Сапфировой Бикристалической Подложке

“…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.…”

“…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.…”