一种基于超导纳米线的高频振荡器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于超导纳米线的高频振荡器及其制备方法，该振荡器包括一共面波导，以及位于所述共面波导中心导体带和接地导体之间的超导纳米线，该振荡器的实现原理是基于超薄超导材料的纳米线结构的自热弛豫效应特性。本发明专利技术制备的振荡器工艺结构简单，和超导约瑟夫逊振荡器相比，不需要使用多层超导薄膜，不需要制备结构复杂且制备难度较高的超导约瑟夫逊结。同时，其控制简单，不需要外加磁场，仅需控制器件的偏置电压即可实现高频振荡。该振荡器原理适用于所有类型超导材料，包括各种高温超导材料和低温超导材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种振荡器及其制备方法，特别是涉及ー种基于超导纳米线的高频振荡器及其制备方法。
技术介绍
振荡器是ー种非常重要的电子学元器件。广泛的应用于电子、医疗和科学研究等方面。高频振荡器是指振荡频率比较高的振荡器。利用超导材料的多种特殊物理特性，可实现高频振荡输出信号，这类振荡器被称为超导振荡器。目前已实现的超导振荡器主要包括超导约瑟夫逊效应振荡器和超导磁通流振荡器。超导约瑟夫逊效应振荡器是基于超导约瑟夫逊效应而实现的振荡器，具有振荡频率闻(500兆赫兹/微伏)的优点。但是约瑟夫逊结制备难度较大，振荡功率较低且稳定性也有待提高。超导磁通流振荡器是基于超导磁通在洛伦兹力作用下移动，在一定几何尺寸约束下形成的振荡效应。它必须在有特定的磁场下才能形成振荡。为了提高振荡源的频率及稳定度，人们采用注入锁定法、外腔稳频法和锁相环等技术取得了较好的效果，代价是增加了附加电路。比如在外腔稳频中，常用介质腔和波导腔，而很少采用平面传输线谐振腔，原因是其Q值太低，起不到稳频作用。随着高温超导材料的出现和发展，平面传输线谐振腔的Q值得到很大提高，并且以其结构简单、尺寸小、重量轻的优点而重新受到重视。在平面电路中，共面波导传输线电路具有接地方便，无需打孔，只需制作单面膜等特点。而对于超导平面电路由于エ艺的限制，制作双面膜十分困难，因而共面波导传输线受到青睬。平面共面波导(CPW)在微波集成电路中有着重要的应用，尤其近几年随着毫米波与亚毫米波技术的发展，CPW受到了越来越多的重视。CPW是在介质基片的ー个面上制备三条金属带构成，中间金属带为信号带，两边金属带同时接地。现在已经研究了多种共面波导。例如自由空间中的共面波导、半无限厚介质基片上的共面波导、有限厚度介质基片上的共面波导等，这几种共面波导在不同程度上还是理想化模型，即介质基片的横向尺寸无限大。在工程应用中共面波导的介质基片尺寸总是有限的，即它的厚度和宽度都是有限的。随着超导纳米线技术的进步，将超导纳米线应用于共面波导制作出性能优良的超导振荡器，目前还没有相关报道。鉴于上述超导高频振荡器的缺点，本专利技术提出了，用以解决上述问题。
技术实现思路
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，用于解决现有技术中制备エ艺复杂、结构复杂、控制难度大、以及振荡频率低的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于超导纳米线的高频振荡器结构，至少包括共面波导，包括介质基片、位于所述介质基片上且作为正电极的中心导体带、以及位于所述介质基片上且作为负电极的接地导体；纳米线，连接所述共面波导的正、负电扱。可选地，所述纳米线的材料为超导材料，所述超导材料为NbN、Nb、NbTiN,YBa2Cu307+x、或 MgB2。 可选地，所述纳米线的长度为500nm 106nm,宽度为5nm 600nm,进一步可选地，所述纳米线的超导临界电流为31 μ A。可选地，所述介质基片为Si、MgO、蓝宝石、或LaA103。可选地，所述高频振荡器的频率为f，则f=—，其中V为振荡器的直流偏置电压，L为振荡器的电感，I。为纳米线的超导临界电流。此外，本专利技术还提供一种基于超导纳米线的高频振荡器的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤I)提供一介质基片，于所述介质基片上沉积ー层超导薄膜；2)在所述超导薄膜上旋涂ー层光刻胶，利用光刻エ艺所述超导薄膜上形成共面波导结构图形；3)通过电子束蒸发エ艺沉积ー层金属薄膜，并利用剥离エ艺形成共面波导及电极结构；4)利用纳米加工エ艺在共面波导结构的两个电极之间构造纳米线。可选地，所述介质基片的材质为Si、MgO、蓝宝石、或LaA103。可选地，所述超导薄膜的材质为NbN、Nb、NbTiN, YBa2Cu307+x、或MgB2。可选地，所述超导薄膜的厚度小于10nm。可选地，所述纳米线的长度为500nm 106nm,宽度为5nm 600nm。如上所述，本专利技术的，具有以下有益效果本专利技术的，结构上不仅有利干与PCB电路的集成，而且制备エ艺简单，和超导约瑟夫逊振荡器相比，不需要使用多层超导薄膜，不需要制备结构复杂且制备难度较高的超导约瑟夫逊结。同时，其控制简单，不需要外加磁场，仅需控制器件的偏置电压即可实现高频振荡。该振荡器原理适用于所有类型超导材料，包括各种高温超导材料和低温超导材料。附图说明图I显不为本专利技术的基于超导纳米线的闻频振荡器结构不意图。图2显不为本专利技术的基于超导纳米线的闻频振荡器应用电路的不意图。图3a 3b显示为本专利技术实施例一中所述高频振荡器应用电路中不同电压源Vin值的高频振荡器的时域图。图4显示为本专利技术中实施例一中所述高频振荡器应用电路中器件直流偏置电压与振荡频率的关系不意图。图5a 5e显示为本专利技术中实施例ニ中基于超导纳米线的高频振荡器各个步骤制备エ艺示意图。元件标号说明I、11介质基片 2中心导体带3接地导体4,15纳米线5共面波导6振荡器12超导薄膜13光刻胶14金属薄膜LI L3电感Rl R5电阻Cl C2电容SI恒压源电路S2偏置器电路S3振荡器等效电路K双掷开关Kl K2接触点Vin电压源Vout输出负载电压具体实施例方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请參阅图I至图2、图3a至图3b、图4、图5a至图5e。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为ー种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。下面结合说明书附图进ー步说明本专利技术提供的，为了示出的方便附图并未按照比例绘制，特此述明。实施例一本专利技术提供一种基于超导纳米线的高频振荡器6结构，如图I所示，至少包括共面波导5包括介质基片I、位于所述介质基片I上且作为正电极的中心导体带2、以及位于所述介质基片I上且作为负电极的接地导体3 ;在本实施例中，所述介质基片I暂选为MgO，但并不限于此，在其它的实施例中，所述介质基片I亦可为Si、蓝宝石、或LaAlO3中的ー种,特此述明。纳米线4连接所述共面波导5的正、负电极；所述纳米线4的材料为超导材料，在本实施例中，所述超导材料暂选为NbN，但并不限于此，在其他的实施例中，所述超导材料亦可为Nb、NbTiN、YBa2Cu307+x、或MgB2中的ー种，特此述明。所述纳米线4的长度为500nm 106nm,宽度为5nm 600nm,本实施 例中所述纳米线4的宽度优选为IOOnm,长度优选为O.5mm ;从本领域技术人员的知识可以得出，本实施例中所述纳米线4的超导临界电流为为31 μ A，该电流随着纳米线4长、宽以及材料的不同而不同，因此其超导临界电流大小并不限于本实施例中的值。为了进一步阐述本专利技术的原理及功效，下面以所述高频振荡器6的ー种应用电路为例来说明其工作原理，如图2所示，该应用电路包括恒压源电路SI、偏置器电路S2、振荡器等效电路S3、调节电感L2以及负载电阻R5，下面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超导纳米线的高频振荡器，其特征在于，至少包括 共面波导，包括介质基片、位于所述介质基片上且作为正电极的中心导体带、以及位于所述介质基片上且作为负电极的接地导体； 纳米线，连接所述共面波导的正、负电极。2.根据权利要求I所述的基于超导纳米线的高频振荡器，其特征在于所述纳米线的材质为超导材料。3.根据权利要求2所述的基于超导纳米线的高频振荡器，其特征在于所述超导材料为 NbN、Nb、NbTiN, YBa2Cu307+x、或 MgB2。4.根据权利要求I所述的基于超导纳米线的高频振荡器，其特征在于所述纳米线的长度为500nm 106nm,宽度为5nm 600nm。5.根据权利要求I所述的基于超导纳米线的高频振荡器，其特征在于所述纳米线的超导临界电流为31 μ Ao6.根据权利要求I所述的基于超导纳米线的高频振荡器，其特征在于所述介质基片的材质为Si、MgO、蓝宝石、或LaA103。7.根据权利要求I所述的基于超导纳米线的高频振荡器，其特征在于所述高频振荡器的频率为f，则 其中V为振荡器的直流偏置电压，L为振荡器的电感，...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤立星，刘登宽，陈思井，杨晓燕，谢晓明，江绵恒，
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：