[发明专利]一种约瑟夫森行波放大器及其制备方法

权利要求书

1.一种约瑟夫森行波放大器，其特征在于，包括两层金属层和中间介质层；

第一金属层为铝薄膜，使用紫外光刻制备电容的下面板、电感和地平面；

第二金属层使用双角度蒸发制备约瑟夫森结和电容的上面板；中间介质层使用单原子层沉积生长的氧化铝薄膜，完全覆盖第一金属层；

多个约瑟夫森结构成传输线，传输线两端分别构成约瑟夫森行波放大器输入端口和输出端口；每个约瑟夫森结之间用平板电容与地连接，并在传输线弯折处采用共面波导线连接。

2.如权利要求1所述的约瑟夫森行波放大器，其特征在于，每三个约瑟夫森结构成一个单元，每个单元均包括LC谐振腔、三个约瑟夫森结和四个耦合电容；其中三个耦合电容用于形成传输线对地电容，保证传输线上的阻抗为50Ω，另外一个耦合电容用来形成传输线与LC谐振腔的耦合，实现单独控制谐振腔与传输线耦合的大小。

3.如权利要求1所述的约瑟夫森行波放大器，其特征在于，LC谐振腔由一个电感和两个电容构成。

4.如权利要求3所述的约瑟夫森行波放大器，其特征在于，约瑟夫森结的电感和平板电容匹配，保证传输线上的阻抗为50Ω。

5.如权利要求1所述的约瑟夫森行波放大器，其特征在于，在输入端口输入需要放大的微弱信号微波和驱动微波，在输出端口输出经过放大的信号微波；驱动微波要远远强于信号微波，在输入端口使用定向耦合器，直通端口接入放大器中，输入端口接信号微波，在耦合端口接入驱动微波，由此将信号和驱动微波隔离起来，避免强驱动微波反射入信号微波端口，对信号微波造成干扰。

6.一种约瑟夫森行波放大器的制备方法，其特征在于，包括：

准备基片，旋涂双层光刻胶，使用紫外光刻机曝光所需图像，显影后制作薄膜；

使用电子束蒸发沉积铝薄膜，用剥离工艺去掉光刻胶及其上的铝薄膜，完成图形的转移，完成地平面、电感和电容的下平板；

使用单原子层沉积设备制备氧化铝薄膜，使用高温生长方法，得到高密度，低损耗的介质层薄膜，介质层完全覆盖第一层金属薄膜；

双角度蒸发约瑟夫森结第一层铝薄膜，然后放入氧化腔体中热氧化形成约瑟夫森结的绝缘层；

氧化完成后改变蒸发角度，蒸发第二层铝薄膜，剥离光刻胶和多余的金属薄膜，实现图形的转移，完成约瑟夫森结和电容的上平板。

7.如权利要求6所述的约瑟夫森行波放大器的制备方法，其特征在于，所述制备方法所用的器件包括单原子层沉积设备、紫外光刻机和电子束蒸发设备。

8.如权利要求7所述的约瑟夫森行波放大器的制备方法，其特征在于，所用器件均需要放在1.2K以下的低温环境中，使所用的金属铝薄膜进入超导状态，也使约瑟夫森结工作。

9.如权利要求6所述的约瑟夫森行波放大器的制备方法，其特征在于，使用电子束蒸发第一层铝薄膜时，基片与蒸发方向角度为45度；使用电子束蒸发第二层铝薄膜时，基片与蒸发方向角度为-45度。