Исследование Свч-Свойств Высокотемпературных Джозефсоновских Контактов На Сапфировой Бикристалической Подложке

Abstract

Исследованы ВТСП бикристаллические переходы шириной до 50 µm на сапфировых подложках. Измерены зависимости величины критического тока от температуры и внешнего магнитного поля для таких контактов. При температуре 77 K получены ступени Шапиро на ВАХ с напряжением порядка 150 µV при облучении на частоте 73 GHz джозефсоновского перехода на сапфировой подложке. Проанализирована возможность использования таких контактов в эталонах напряжения при температуре 77 K в области СВЧ и терагерцовых частот.Авторы благодарят за частичную поддержку гранты РФФИ № 15-02-05793, № 15-42-02469 (р-поволжье), № 16-02-00727, а также грант РНФ № 15-12-10020. В работе использовано оборудование ЦКП " Физика и технология микро-и наноструктур". DOI: 10.21883/FTT.2017.11.45047.06k ВведениеВысокочувствительные микроволновые приемники необходимы для мониторинга атмосферы, биомедицин-ских исследований, контроля безопасности. Обычные полупроводниковые детекторы ограничены по частоте и чувствительности. Стандартные Фурье-спектрометры, генераторы гетеродина на основе ламп обратной волны и лазеров дальнего ИК-диапазона громозки, сложны в управлении и дорогостоящи. 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. 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. В то же время, ВТСП-бикристаллические переходы на сапфиро-вых подложках [6-10] представляются перспективными кандидатами для использования в эталонах напряжения, поскольку сапфир имеет низкое поглощение на СВЧ и хорошие тепловые характеристики. Поэтому создание микросхем на основе сапфировых подложек может при-вести к созданию новых эталонов, что расширит область применения этих приборов в квантовой метрологии и р...