[实用新型]筒形超导厚膜量子干涉器

说明书

本实用新型涉及在液氮温区下工作的超导量子干涉器〈简称SQUID〉，尤其与筒形超导厚膜量子干涉器有关。

由高TC超导材料制作的超导量子干涉器件中的约瑟夫森结多数采用微桥型。现有的一种在液氮温区工作的这类器件是由在体块超导材料上打孔形成的超导环和在环上开缺口后留下的弱连接结串联而成的。为了减小器件的自感，在其下方还有形状相同的带缺口的超导环。使用氧化物系超导材料制成的这种器件可以在液氮温区下工作。这类干涉器的不足之处是：〔1〕超导环加工成形困难，必须使用电火花切割和激光打孔技术，〔2〕超导环的壁厚，又不易制成大环孔面积，〔3〕不易与磁通变换线圈耦合，与磁通变换线圈耦合的方式一般可采用将线圈插入干涉器环孔内，或套在干涉器外，要在这种干涉器的环孔内插入现有的磁通变换器显然是不容易的，而采用套在干涉器外的耦合方式又由于壁厚也使耦合性变差，〔4〕采用在器件下方加一段带缺口的超导环的方式来降低自感L，不仅使自感L的计算复杂化，而且也影响其工作稳定性。

本实用新型的目的是要设计一种在液氮温区工作的、加工方便、环孔面积大、自感小和容易与磁通变换线圈耦合的量子干涉器。

本实用新型设计的高TC超导量子干涉器由陶瓷衬底，与衬底侧面牢固结合的高TC超导筒组成。超导筒由带狭缝的超导厚膜筒及位于狭缝间与超导厚膜筒相连的超导微桥组成。陶瓷衬底可以是空心或实心的方形或圆形截面的柱。

为了不使器件受外界环境中杂散磁场信号的影响，设计的干涉器的外层还有超导屏蔽筒。

图1是本实用新型设计的一种圆筒形超导厚膜量子干涉器的示意图，其中A是射频〈rf〉SQUID，B是直流〈DC〉SQUID。

图2是一种方筒形超导厚膜量子干涉器示意图。其中A是射频〈rf〉SQUID，B是直流〈DC〉SQUID。

图3是衬底为圆管形的干涉器示意图。

图4是另一种衬底为圆管形的干涉器示意图。

图5为厚膜在衬底内表面，带有屏蔽筒的量子干涉器示意图。

图6为在方形衬底棱上的微槽内构成微桥的量子干涉器示意图。

图7为棱上带微槽的方形衬底。

图8表示衬底为带尖棱的圆管形，在尖棱的微槽内构成微桥的量子干涉器示意图。

下面将结合附图对本实用新型的实施方式及其效果作进一步的描述。

图1－8为各种型式的超导厚膜量子干涉器的示意图。图1为一种圆筒形超导厚膜量子干涉器。它包括圆棒状陶瓷衬底1，位于衬底外侧面并与衬底牢固结合的超导筒。超导筒由带狭缝的超导厚膜筒2及位于狭缝间与超导厚膜筒连成一体的一个超导微桥3组成，这种干涉器称为射频超导厚膜干涉器，简称为rf－SQOID，如图1－A。超导筒也可以包含两个超导微桥13，而构成直流量子干涉器〈DCSQUID〉，如图1－B。陶瓷衬底可以选用氧化锆、氧化铝、氧化镁及钛酸锶等材料组成。超导筒可以选用现有的各种氧化物系高TC超导材料，如钇钡铜氧、铊钡铜氧、钙锶钡铜氧等。衬底和超导筒的高度可以相等，也可以不等，为几毫米－几十毫米之间。衬底的外径在0.5－3毫米之间，超导筒的厚度一般在30－200微米之间。微桥的位置可在筒的中部或靠近端部。具有两个微桥的量子干涉器，微桥的间隔可根据需要选择，但必需在同一截面内。微桥的宽度在几微米－150微米之间，长10－100微米，厚度在30－80微米。这些参数的关系应满足自感L＜＜φo／4k_BT，其中K_B为玻尔兹曼常数，K_B＝1.38×10^－3J／k，T为干涉器的工作温度，对于高TC的干涉器，T＝77K。因此，L＜＜1×10^－9H。自感L与环孔的几何尺寸关系大致为L～μ·S／l，其中μ＝4π×10^－7，S为环孔面积〈即超导筒的环孔面积〉，l为其长度〈即超导筒的长度〉。根据这些关系，就可方便地确定干涉器的各几何尺寸。

超导厚膜的制备方法可以采用本案同一申请人在申请号为CN88101614.4的名称为“厚膜超导电子器件及其制造方法”中所提出的方法。微桥可用众知的机械方法或激光刻蚀并弱化的方法加工而成。