[发明专利]超导薄膜谐振器

说明书

技术领域

本发明所属电子器件技术领域，特别涉及一种超导薄膜谐振器，可用于射频超导量子干涉仪RF SQUID的制造。

背景技术

现有的超导量子干涉仪SQUID，其中使用的谐振器，主要有分立元件谐振器、超导薄膜共面谐振器和介质谐振器。其中：

分立元件谐振器：使用集总参数的电感来组成谐振器，完成超导量子干涉仪SQUID系统中电子线路和芯片的信号耦合。这种分立元件谐振器，存在谐振频率无法太高，很难超过1GHz，且品质因数低，只能到200左右。根据射频超导量子干涉仪RFSQUID噪声理论，低噪声的超导量子干涉仪系统需要有高谐振频率和高品质因数的谐振器，而分立元件谐振回路无法达到这个要求。

超导薄膜共面谐振器：包括一个磁通聚焦器及环绕着它的两条同心微带，它们均以钇钡铜氧YBCO超导薄膜生长在介电常数较低的铝酸镧LAO衬底上。其中，磁通聚焦器是利用超导薄膜的抗磁性，将射频超导量子干涉仪RF SQUID垫片上超导薄膜耦合的磁通聚焦到射频超导量子干涉仪RF SQUID的环孔中，相当于增加了有效面积。因此，磁通聚焦器的聚磁效果越好，与射频超导量子干涉仪RF SQUID的耦合系数ksc越高，器件的有效面积就越大。目前这种超导薄膜共面谐振器存在不足是：当谐振频率太高时，磁通聚焦器的面积太小，与射频超导量子干涉仪RF SQUID的耦合系数不高，导致射频超导量子干涉仪的灵敏度不高。

介质谐振器：是由介电常数极高的钛酸锶STO标准衬底及其覆盖在其上的利用钇钡铜氧YBCO超导薄膜制成的磁通聚焦器共同构成。采用介质谐振器的射频超导量子干涉仪稳定度较高，但是其存在的不足是当与共面谐振器相同尺寸时，谐振频率较低，且工艺还不成熟。

发明内容

本发明的目的在于提出一种超导薄膜谐振器，以解决现有共面谐振器中的磁通聚焦器与射频超导量子干涉仪RF SQUID的耦合系数不佳的问题，有效地提高磁通聚焦器的聚磁效果，改善射频超导量子干涉仪RF SQUID垫圈与磁通聚焦器的耦合，使有效面积增大了2.4倍。

实现本发明目的的技术关键是在磁通聚焦器中引入一种单互补开环结构CSRR，整个器件由镀在单晶衬底上的非闭合的超导薄膜外环和外环内的超导薄膜磁通聚焦器构成，磁通聚焦器中间设有磁通聚焦孔，其特征在于：磁通聚焦孔与磁通聚焦器超导薄膜之间设有单互补开环，用于增强磁通聚焦器的聚磁效果。

作为优选，所述的非闭合的超导薄膜外环，设有四条边，该四条边构成三个阶梯阻抗，每个阶梯阻抗的宽度为0.15mm～0.85mm，且三个阶梯阻抗不等。

作为优选，所述的非闭合的超导薄膜外环的开口宽度小于1mm，通过调节该外环的四条边宽度和开口宽度实现对谐振频率的调节。

作为优选，所述的超导薄膜磁通聚焦器与非闭合的超导薄膜外环贴近，且两者之间留有缝隙。

作为优选，所述的单互补开环的谐振频率f₁远大于谐振器的谐振频率f₀，即f₁≥4f₀。

作为优选，所述的单互补开环的内外环的长度之和，通过如下公式获得：

f1=c/[(L1+L2)·ϵe]]]>

其中f₁为单互补开环的谐振频率，c为光速，L₁，L₂分别为单互补开环的内边缘和外边缘长度，ε_e为介质的有效介电常数，取值为ε_r/2，ε_r为介质的相对介电常数。