【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超导电子学，特别是涉及一种低温串联超导量子干涉器件阵列微波放大器及其制备方法。
技术介绍
1、低温放大器已广泛应用于天文观测和量子信息技术等低温探测领域，不断提高低温放大器的工作带宽、噪声水平以及饱和功率等关键性能是满足大规模应用需求的必然发展趋势。目前常用的低温放大器主要有两类，一类是基于半导体技术的高电子迁移率晶体管(hemt)放大器和异质结双极性晶体管(hbt)放大器，另一类是基于低温超导技术的超导放大器，主要包括约瑟夫森结参量放大器(jpa)，行波参量放大器(twpa)以及超导量子干涉器件(squid)微波放大器。前者由于具有较高功耗(mw)和体积，难以满足mk极低温工作温区应用需求，限制探测系统性能进一步提高；而目前应用于极低温探测系统的jpa，受限于工作带宽窄和饱和功率低，难以满足当前日益增长的应用需求。为突破超导放大器的工作带宽和饱和功率限制，各种类型超导放大器技术正在不断发展，例如基于超导传输线和约瑟夫森结的twpa技术。而squid微波放大器是利用在偏置点处电压信号随输入磁通信号线性变化特性，来实现输入微波信号的放大。与上述超导参量放大器相比，squid微波放大器不仅能实现接近量子极限的噪声温度(50mk@1ghz)，而且无需本振泵浦信号，大大降低低温系统复杂度。此外，squid微波放大器平面制备工艺与当前大部分的超导探测器制备工艺兼容，能够在同一芯片上实现信号探测和前置放大的系统集成，大大提高了系统集成度。但是现有超导放大器仍面临工作带宽窄和饱和功率低等技术挑战，难以突破为未来大规模低温系统应用
2、鉴于此，急需一种工作带宽宽和饱和功率高的低温串联超导量子干涉器件阵列微波放大器。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种低温串联超导量子干涉器件阵列微波放大器及其制备方法，用于解决现有技术中低温微波放大器工作带宽窄、饱和功率低的问题。
2、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种低温串联超导量子干涉器件阵列微波放大器，包括：
3、输入阻抗匹配网络，输入端与信号输入外电路电连接；
4、超导量子干涉器件阵列，包括多个串联的直流超导量子干涉器件，所述直流超导量子干涉器件包括超导环路、与所述超导环路耦合的输入耦合线圈以及磁通偏置线圈，所述超导量子干涉器件阵列的输入端电连接所述输入阻抗匹配网络的输出端；
5、输入终端匹配电阻，一端与所述输入耦合线圈终端电连接且另一端与接地平面电连接；
6、输出阻抗匹配网络，输入端与所述超导量子干涉器件阵列的输出端电连接，且所述输出阻抗匹配网络的输出端与输出外电路电连接。
7、可选地，所述输入阻抗匹配网络包括平面传输线阻抗变换网络；所述输出阻抗匹配网络包括平面传输线阻抗变换网络，其中，所述平面传输线阻抗变换网络包括四分之一波长阻抗变换网络、高低阻抗变换网络及渐近线阻抗变换网络中的一种。
8、可选地，所述输入阻抗匹配网络的输入端通过第一超导传输线与所述信号输入外电路电连接；所述超导量子干涉器件阵列中还包括串联多个所述直流超导量子干涉器件的第二超导传输线；所述输出阻抗匹配网络的输出端通过第三超导传输线与所述输出外电路电连接。
9、可选地，所述第一超导传输线包括超导微带线、超导共面波导线、超导带状线及超导耦合线中的至少一种；所述第二超导传输线包括超导微带线、超导共面波导线、超导带状线及超导耦合线中的至少一种；所述第三超导传输线包括超导微带线、超导共面波导线、超导带状线及超导耦合线中的至少一种。
10、可选地，所述超导环路由两个约瑟森夫结和超导线构成。
11、可选地，所述输入耦合线圈位于所述超导环路内部或外部；所述磁通感应线圈位于所述超导环路内部或外部。
12、可选地，所述直流超导量子干涉器件的构型包括零阶梯度构型、一阶梯度构型及多阶梯度构型。
13、本专利技术还提供一种低温串联超导量子干涉器件阵列微波放大器的制备方法，包括以下步骤：
14、提供一衬底，于所述衬底上形成电阻层并图案化所述电阻层以得到输入终端匹配电阻；
15、形成覆盖所述电阻层的第一绝缘层和贯穿所述第一绝缘层且底面显露出所述电阻层的第一过孔；
16、于所述第一绝缘层上形成依次层叠的第一超导层、势垒层以及第二超导层，并依次图案化所述第二超导层、所述势垒层及所述第一超导层以得到超导环路，所述第一超导层填充所述第一过孔以连接所述电阻层；
17、形成覆盖所述第二超导层的第二绝缘层，并于所述第二绝缘层中形成多个底面显露出所述第二超导层和所述第一超导层的第二过孔；
18、于所述第二绝缘层上形成填充进所述第二过孔的图案化的所述第三超导层，以得到输入耦合线圈、输入阻抗匹配网络、输出阻抗匹配网络、磁通偏置线圈及接地平面，所述超导环路、所述输入耦合线圈及所述磁通偏置线圈构成直流超导量子干涉器件，多个依次串联的所述直流超导量子干涉器件构成超导量子干涉器件阵列，所述超导量子干涉器件阵列的输入端电连接所述输入阻抗匹配网络的输出端，所述输出阻抗匹配网络的输入端与所述超导量子干涉器件阵列的输出端电连接，所述输入终端匹配电阻的一端与所述输入耦合线圈终端电连接且另一端与所述接地平面电连接。
19、可选地，图案化所述第三超导层得到所述输入耦合线圈、所述输入阻抗匹配网络、所述输出阻抗匹配网络、所述磁通偏置线圈及所述接地平面的同时还形成有第一超导传输线、第二超导传输线及第三超导传输线，所述输入阻抗匹配网络的输入端通过所述第一超导传输线与信号输入外电路电连接，所述第二超导传输线串联多个所述直流超导量子干涉器件，所述输出阻抗匹配网络的输出端通过所述第三超导传输线与输出外电路电连接。
20、可选地，所述输入阻抗匹配网络是基于所述第一超导层和/或所述第三超导层的图案化得到；所述输出阻抗匹配网络是基于所述第一超导层和/或所述第三超导层的图案化得到；所述第一超导传输线是基于所述第一超导层和/或所述第三超导层的图案化得到；所述第二超导传输线是基于所述第一超导层和/或所述第三超导层的图案化得到；所述第三超导传输线是基于所述第一超导层和/或所述第三超导层的图案化得到。
21、可选地，图案化所述第三超导层得到所述输入耦合线圈、所述输入阻抗匹配网络、所述输出阻抗匹配网络、所述磁通偏置线圈及所述接地平面之后，还包括于图案化的所述第三超导层上方形成图案化的电极层以得到外接电极的步骤。
22、如上所述，本专利技术的低温串联超导量子干涉器件阵列微波放大器及其制备方法，具有以下有益效果：通过设置由多个所述直流超导量子干涉器件串联而成的所述超导量子干涉器件阵列，作为所述微波放大器的核心单元，相较于传统的超导参量放大器，不仅具有接近量子极限的噪声性能，通过串联阵列方式还大幅度提升了器件的增益和饱和功率，同时通过复合传输线单元设计改善了输入输出匹配性能，扩展了器件工作带宽；且所述微本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低温串联超导量子干涉器件阵列微波放大器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的低温串联超导量子干涉器件阵列微波放大器，其特征在于：所述输入阻抗匹配网络包括平面传输线阻抗变换网络；所述输出阻抗匹配网络包括平面传输线阻抗变换网络,其中，所述平面传输线阻抗变换网络包括四分之一波长阻抗变换网络、高低阻抗变换网络及渐近线阻抗变换网络中的一种。
3.根据权利要求1所述的低温串联超导量子干涉器件微波放大器，其特征在于：所述输入阻抗匹配网络的输入端通过第一超导传输线与所述信号输入外电路电连接；所述超导量子干涉器件阵列中还包括串联多个所述直流超导量子干涉器件的第二超导传输线；所述输出阻抗匹配网络的输出端通过第三超导传输线与所述输出外电路电连接。
4.根据权利要求3所述的低温串联超导量子干涉器件阵列微波放大器，其特征在于：所述第一超导传输线包括超导微带线、超导共面波导线、超导带状线及超导耦合线中的至少一种；所述第二超导传输线包括超导微带线、超导共面波导线、超导带状线及超导耦合线中的至少一种；所述第三超导传输线包括超导微带线、超导共面波导线、超导带状线
5.根据权利要求1所述的低温串联超导量子干涉器件阵列微波放大器，其特征在于：所述超导环路由两个约瑟森夫结和超导线构成。
6.根据权利要求1所述的低温串联超导量子干涉器件阵列微波放大器，其特征在于：所述输入耦合线圈位于所述超导环路内部或外部；所述磁通偏置线圈位于所述超导环路内部或外部。
7.根据权利要求1所述的低温串联超导量子干涉器件阵列微波放大器，其特征在于：所述直流超导量子干涉器件的构型包括零阶梯度构型、一阶梯度构型及多阶梯度构型。
8.一种低温串联超导量子干涉器件阵列微波放大器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的低温串联超导量子干涉器件阵列微波放大器的制备方法，其特征在于：图案化所述第三超导层得到所述输入耦合线圈、所述输入阻抗匹配网络、所述输出阻抗匹配网络、所述磁通偏置线圈及所述接地平面的同时还形成有第一超导传输线、第二超导传输线及第三超导传输线，所述输入阻抗匹配网络的输入端通过所述第一超导传输线与信号输入外电路电连接，所述第二超导传输线串联多个所述直流超导量子干涉器件，所述输出阻抗匹配网络的输出端通过所述第三超导传输线与输出外电路电连接。
10.根据权利要求9所述的低温串联超导量子干涉器件阵列微波放大器的制备方法，其特征在于：所述输入阻抗匹配网络是基于所述第一超导层和/或所述第三超导层的图案化得到；所述输出阻抗匹配网络是基于所述第一超导层和/或所述第三超导层的图案化得到；所述第一超导传输线是基于所述第一超导层和/或所述第三超导层的图案化得到；所述第二超导传输线是基于所述第一超导层和/或所述第三超导层的图案化得到；所述第三超导传输线是基于所述第一超导层和/或所述第三超导层的图案化得到。
11.根据权利要求8所述的低温串联超导量子干涉器件阵列微波放大器的制备方法，其特征在于：图案化所述第三超导层得到所述输入耦合线圈、所述输入阻抗匹配网络、所述输出阻抗匹配网络、所述磁通偏置线圈及所述接地平面之后，还包括于图案化的所述第三超导层上方形成图案化的电极层以得到外接电极的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种低温串联超导量子干涉器件阵列微波放大器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的低温串联超导量子干涉器件阵列微波放大器，其特征在于：所述输入阻抗匹配网络包括平面传输线阻抗变换网络；所述输出阻抗匹配网络包括平面传输线阻抗变换网络,其中，所述平面传输线阻抗变换网络包括四分之一波长阻抗变换网络、高低阻抗变换网络及渐近线阻抗变换网络中的一种。
3.根据权利要求1所述的低温串联超导量子干涉器件微波放大器，其特征在于：所述输入阻抗匹配网络的输入端通过第一超导传输线与所述信号输入外电路电连接；所述超导量子干涉器件阵列中还包括串联多个所述直流超导量子干涉器件的第二超导传输线；所述输出阻抗匹配网络的输出端通过第三超导传输线与所述输出外电路电连接。
4.根据权利要求3所述的低温串联超导量子干涉器件阵列微波放大器，其特征在于：所述第一超导传输线包括超导微带线、超导共面波导线、超导带状线及超导耦合线中的至少一种；所述第二超导传输线包括超导微带线、超导共面波导线、超导带状线及超导耦合线中的至少一种；所述第三超导传输线包括超导微带线、超导共面波导线、超导带状线及超导耦合线中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的低温串联超导量子干涉器件阵列微波放大器，其特征在于：所述超导环路由两个约瑟森夫结和超导线构成。
6.根据权利要求1所述的低温串联超导量子干涉器件阵列微波放大器，其特征在于：所述输入耦合线圈位于所述超导环路内部或外部；所述磁通偏置线圈位于所述超导环路内部或外部。
7.根据权利要求1所述的低温串联超导量子干涉器件阵列微波放大器，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：伍文涛，徐飞，林志荣，侯俊豪，王镇，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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