一種基于超導納米線的高頻振蕩器及其制備方法技術

本發(fā)明專利技術提供一種基于超導納米線的高頻振蕩器及其制備方法，該振蕩器包括一共面波導，以及位于所述共面波導中心導體帶和接地導體之間的超導納米線，該振蕩器的實現原理是基于超薄超導材料的納米線結構的自熱弛豫效應特性。本發(fā)明專利技術制備的振蕩器工藝結構簡單，和超導約瑟夫遜振蕩器相比，不需要使用多層超導薄膜，不需要制備結構復雜且制備難度較高的超導約瑟夫遜結。同時，其控制簡單，不需要外加磁場，僅需控制器件的偏置電壓即可實現高頻振蕩。該振蕩器原理適用于所有類型超導材料，包括各種高溫超導材料和低溫超導材料。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種振蕩器及其制備方法，特別是涉及ー種基于超導納米線的高頻振蕩器及其制備方法。
技術介紹
振蕩器是ー種非常重要的電子學元器件。廣泛的應用于電子、醫(yī)療和科學研究等方面。高頻振蕩器是指振蕩頻率比較高的振蕩器。利用超導材料的多種特殊物理特性，可實現高頻振蕩輸出信號，這類振蕩器被稱為超導振蕩器。目前已實現的超導振蕩器主要包括超導約瑟夫遜效應振蕩器和超導磁通流振蕩器。超導約瑟夫遜效應振蕩器是基于超導約瑟夫遜效應而實現的振蕩器，具有振蕩頻率聞(500兆赫茲/微伏)的優(yōu)點。但是約瑟夫遜結制備難度較大，振蕩功率較低且穩(wěn)定性也有待提高。超導磁通流振蕩器是基于超導磁通在洛倫茲力作用下移動，在一定幾何尺寸約束下形成的振蕩效應。它必須在有特定的磁場下才能形成振蕩。為了提高振蕩源的頻率及穩(wěn)定度，人們采用注入鎖定法、外腔穩(wěn)頻法和鎖相環(huán)等技術取得了較好的效果，代價是增加了附加電路。比如在外腔穩(wěn)頻中，常用介質腔和波導腔，而很少采用平面?zhèn)鬏斁€諧振腔，原因是其Q值太低，起不到穩(wěn)頻作用。隨著高溫超導材料的出現和發(fā)展，平面?zhèn)鬏斁€諧振腔的Q值得到很大提高，并且以其結構簡單、尺寸小、重量輕的優(yōu)點而重新受到重視。在平面電路中，共面波導傳輸線電路具有接地方便，無需打孔，只需制作單面膜等特點。而對于超導平面電路由于エ藝的限制，制作雙面膜十分困難，因而共面波導傳輸線受到青睬。平面共面波導(CPW)在微波集成電路中有著重要的應用，尤其近幾年隨著毫米波與亞毫米波技術的發(fā)展，CPW受到了越來越多的重視。CPW是在介質基片的ー個面上制備三條金屬帶構成，中間金屬帶為信號帶，兩邊金屬帶同時接地。現在已經研究了多種共面波導。例如自由空間中的共面波導、半無限厚介質基片上的共面波導、有限厚度介質基片上的共面波導等，這幾種共面波導在不同程度上還是理想化模型，即介質基片的橫向尺寸無限大。在工程應用中共面波導的介質基片尺寸總是有限的，即它的厚度和寬度都是有限的。隨著超導納米線技術的進步，將超導納米線應用于共面波導制作出性能優(yōu)良的超導振蕩器，目前還沒有相關報道。鑒于上述超導高頻振蕩器的缺點，本專利技術提出了，用以解決上述問題。
技術實現思路
鑒于以上所述現有技術的缺點，本專利技術的目的在于提供，用于解決現有技術中制備エ藝復雜、結構復雜、控制難度大、以及振蕩頻率低的問題。為實現上述目的及其他相關目的，本專利技術提供一種基于超導納米線的高頻振蕩器結構，至少包括共面波導，包括介質基片、位于所述介質基片上且作為正電極的中心導體帶、以及位于所述介質基片上且作為負電極的接地導體；納米線，連接所述共面波導的正、負電扱。可選地，所述納米線的材料為超導材料，所述超導材料為NbN、Nb、NbTiN,YBa2Cu307+x、或 MgB2。 可選地，所述納米線的長度為500nm 106nm,寬度為5nm 600nm,進一步可選地，所述納米線的超導臨界電流為31 μ A。可選地，所述介質基片為Si、MgO、藍寶石、或LaA103。可選地，所述高頻振蕩器的頻率為f，則f=—，其中V為振蕩器的直流偏置電壓，L為振蕩器的電感，I。為納米線的超導臨界電流。此外，本專利技術還提供一種基于超導納米線的高頻振蕩器的制備方法，所述制備方法至少包括以下步驟I)提供一介質基片，于所述介質基片上沉積ー層超導薄膜；2)在所述超導薄膜上旋涂ー層光刻膠，利用光刻エ藝所述超導薄膜上形成共面波導結構圖形；3)通過電子束蒸發(fā)エ藝沉積ー層金屬薄膜，并利用剝離エ藝形成共面波導及電極結構；4)利用納米加工エ藝在共面波導結構的兩個電極之間構造納米線。可選地，所述介質基片的材質為Si、MgO、藍寶石、或LaA103。可選地，所述超導薄膜的材質為NbN、Nb、NbTiN, YBa2Cu307+x、或MgB2。可選地，所述超導薄膜的厚度小于10nm。可選地，所述納米線的長度為500nm 106nm,寬度為5nm 600nm。如上所述，本專利技術的，具有以下有益效果本專利技術的，結構上不僅有利干與PCB電路的集成，而且制備エ藝簡單，和超導約瑟夫遜振蕩器相比，不需要使用多層超導薄膜，不需要制備結構復雜且制備難度較高的超導約瑟夫遜結。同時，其控制簡單，不需要外加磁場，僅需控制器件的偏置電壓即可實現高頻振蕩。該振蕩器原理適用于所有類型超導材料，包括各種高溫超導材料和低溫超導材料。附圖說明圖I顯不為本專利技術的基于超導納米線的聞頻振蕩器結構不意圖。圖2顯不為本專利技術的基于超導納米線的聞頻振蕩器應用電路的不意圖。圖3a 3b顯示為本專利技術實施例一中所述高頻振蕩器應用電路中不同電壓源Vin值的高頻振蕩器的時域圖。圖4顯示為本專利技術中實施例一中所述高頻振蕩器應用電路中器件直流偏置電壓與振蕩頻率的關系不意圖。圖5a 5e顯示為本專利技術中實施例ニ中基于超導納米線的高頻振蕩器各個步驟制備エ藝示意圖。元件標號說明I、11介質基片 2中心導體帶3接地導體4,15納米線5共面波導6振蕩器12超導薄膜13光刻膠14金屬薄膜LI L3電感Rl R5電阻Cl C2電容SI恒壓源電路S2偏置器電路S3振蕩器等效電路K雙擲開關Kl K2接觸點Vin電壓源Vout輸出負載電壓具體實施例方式以下通過特定的具體實例說明本專利技術的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本專利技術的其他優(yōu)點與功效。本專利技術還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本專利技術的精神下進行各種修飾或改變。請參閱圖I至圖2、圖3a至圖3b、圖4、圖5a至圖5e。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本專利技術的基本構想，遂圖式中僅顯示與本專利技術中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數量及比例可為ー種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。下面結合說明書附圖進ー步說明本專利技術提供的，為了示出的方便附圖并未按照比例繪制，特此述明。實施例一本專利技術提供一種基于超導納米線的高頻振蕩器6結構，如圖I所示，至少包括共面波導5包括介質基片I、位于所述介質基片I上且作為正電極的中心導體帶2、以及位于所述介質基片I上且作為負電極的接地導體3 ;在本實施例中，所述介質基片I暫選為MgO，但并不限于此，在其它的實施例中，所述介質基片I亦可為Si、藍寶石、或LaAlO3中的ー種,特此述明。納米線4連接所述共面波導5的正、負電極；所述納米線4的材料為超導材料，在本實施例中，所述超導材料暫選為NbN，但并不限于此，在其他的實施例中，所述超導材料亦可為Nb、NbTiN、YBa2Cu307+x、或MgB2中的ー種，特此述明。所述納米線4的長度為500nm 106nm,寬度為5nm 600nm,本實施 例中所述納米線4的寬度優(yōu)選為IOOnm,長度優(yōu)選為O.5mm ;從本領域技術人員的知識可以得出，本實施例中所述納米線4的超導臨界電流為為31 μ A，該電流隨著納米線4長、寬以及材料的不同而不同，因此其超導臨界電流大小并不限于本實施例中的值。為了進一步闡述本專利技術的原理及功效，下面以所述高頻振蕩器6的ー種應用電路為例來說明其工作原理，如圖2所示，該應用電路包括恒壓源電路SI、偏置器電路S2、振蕩器等效電路S3、調節(jié)電感L2以及負載電阻R5，下面本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于超導納米線的高頻振蕩器，其特征在于，至少包括 共面波導，包括介質基片、位于所述介質基片上且作為正電極的中心導體帶、以及位于所述介質基片上且作為負電極的接地導體； 納米線，連接所述共面波導的正、負電極。2.根據權利要求I所述的基于超導納米線的高頻振蕩器，其特征在于所述納米線的材質為超導材料。3.根據權利要求2所述的基于超導納米線的高頻振蕩器，其特征在于所述超導材料為 NbN、Nb、NbTiN, YBa2Cu307+x、或 MgB2。4.根據權利要求I所述的基于超導納米線的高頻振蕩器，其特征在于所述納米線的長度為500nm 106nm,寬度為5nm 600nm。5.根據權利要求I所述的基于超導納米線的高頻振蕩器，其特征在于所述納米線的超導臨界電流為31 μ Ao6.根據權利要求I所述的基于超導納米線的高頻振蕩器，其特征在于所述介質基片的材質為Si、MgO、藍寶石、或LaA103。7.根據權利要求I所述的基于超導納米線的高頻振蕩器，其特征在于所述高頻振蕩器的頻率為f，則 其中V為振蕩器的直流偏置電壓，L為振蕩器的電感，...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：尤立星，劉登寬，陳思井，楊曉燕，謝曉明，江綿恒，
申請(專利權)人：中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：