[发明专利]二阶梯度重叠耦合型SQUID电流传感器以及制备方法

说明书

本申请涉及一种二阶梯度重叠耦合型SQUID电流传感器以及制备方法。反馈线圈与输入线圈均绝缘设置于第一环路电极(SQUID环路的一部分)表面，形成了上下重叠耦合结构，使得输入线圈与SQUID环路的耦合更加匹配，增大了耦合系数。第一环路电极、第二环路电极、第三环路电极、第四环路电极、第一约瑟夫森结结构、第二约瑟夫森结结构之间并联连接，形成了二阶梯度并联电感结构的SQUID环路，可有效抵消外界磁场干扰。因此，通过二阶梯度重叠耦合型SQUID电流传感器，重叠耦合结构耦合系数大，有利于减弱外界磁场干扰，有利于输入线圈与SQUID环路的耦合匹配。

技术领域

本申请涉及电子技术领域，特别是涉及一种二阶梯度重叠耦合型SQUID电流传感器以及制备方法。

背景技术

超导量子干涉仪(SQUID)可用于超导转变边缘探测器(TES)、磁性金属微量能器(MMC)等低噪声探测器的信号读出。TES探测器在宇宙天文学、高能物理、量子信息、光子计量等领域具有广泛应用，可以作为探测毫米波的辐射热计，也可以作为探测X射线的微量能器，还可以作为探测可见光的单光子探测器。所有不同类型、不同波段的TES探测器的信号读出都需要SQUID电流传感器。

然而，SQUID电流传感器在工作时极易受到外界磁场的干扰，而且通常与TES探测器一起工作在无磁屏蔽或磁屏蔽效果并不好的环境中。传统的SQUID电流传感器，采用SQUID环路与输入线圈、反馈线圈交叉耦合的结构，导致耦合系数较小，输入线圈电感较大在nH～μH量级，不利于输入线圈与SQUID环路的耦合匹配。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种二阶梯度重叠耦合型SQUID电流传感器以及制备方法。

本申请提供一种二阶梯度重叠耦合型SQUID电流传感器包括第一环路电极、输入环路、反馈线圈。所述输入环路设置于所述第一环路电极表面。所述输入环路与所述第一环路电极之间绝缘设置。所述输入环路用于输入超导转变边缘探测器信号。所述反馈线圈与所述输入环路间隔设置于所述第一环路电极的表面。所述反馈线圈与所述第一环路电极绝缘设置。所述反馈线圈用于磁通锁定。

在一个实施例中，本申请提供一种二阶梯度重叠耦合型SQUID电流传感器的制备方法，包括：

提供基底，于所述基底表面制备二氧化硅薄膜；

于所述二氧化硅薄膜远离所述基底的表面依次制备第一超导薄膜层、第一绝缘层以及第二超导薄膜层；

对所述第二层超导薄膜进行刻蚀，刻蚀至所述第一绝缘层，形成第二超导薄膜结构；

对所述第一绝缘层进行刻蚀，刻蚀至所述第一层超导薄膜，形成第一绝缘结构，所述第一绝缘结构将所述第二超导薄膜结构覆盖；

对所述第一超导薄膜层进行刻蚀，刻蚀至所述二氧化硅薄膜，形成多个不同半径的环路电极；

于所述二氧化硅薄膜的表面、多个不同半径的所述环路电极的表面、所述第一绝缘结构的表面以及所述第二超导薄膜结构的表面制备第二绝缘层；

对所述第二绝缘层进行刻蚀，分别刻蚀至所述环路电极与所述第二超导薄膜结构，形成多个连接通孔与第二绝缘结构；

于多个所述连接通孔之间的所述第二绝缘结构表面制备终端电阻；

于多个所述连接通孔与所述第二绝缘结构表面沉积引线超导薄膜层；

对所述引线超导薄膜层进行刻蚀，刻蚀至所述第二绝缘结构，形成反馈线圈、输入线圈以及连接结构。

上述二阶梯度重叠耦合型SQUID电流传感器以及制备方法，所述输入环路的结构可以为多边形结构，形成所述输入线圈。所述输入线圈与超导转变边缘探测器(TES)连接，用于输入TES信号。所述反馈线圈用于与测试系统连接，即与磁通锁定环连接，用于进行磁通锁定，为所述输入线圈提供稳定的磁场环境，避免对检测过程中产生干扰。