[其他]高溫超導檢波器

無效

• 申請號: 87108202
• 申請日: 1987-12-26
• 公開（公告）號: CN87108202A
• 公開（公告）日: 1988-08-03
• 發明（設計）人: 范長鑫;余良凱;孫林
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L39/24
• 分類號: H01L39/24;H01L39/00
• 代理公司: 復旦大學專利事務所
• 代理人: 慶杏鳳

一種超導電子學器件。

本發明屬于用金屬氧化物高溫超導材料制作高溫超導檢波器及其制作方法。

目前低溫超導約瑟夫遜器件，在4.2K溫度中工作，用作檢波器已有成熟技術，可參有關文獻。用于檢測微弱電磁輻射信號，已在射電天文等領域獲得實際應用。但需要使用液氦致冷，費用昂貴，使用不便，難于普及。

新近高溫超導材料的發現，為用高溫超導材料制作液氮溫區工作的檢波器提供了可能。本發明的目的便是研制這種器件。

我們試制高溫超導檢波器，用Y-Ba-Cu-O，Eu-Ba-Cu-O等金屬氧化物高溫超導材料，仿照低溫超導檢波器的辦法，在電磁輻射的不同頻段中進行實驗。結果表明若和低溫超導檢波器那樣用臨界電流I_c較大的高溫超導檢波器檢波時靈敏度不夠高。

本實驗表明，在液氮中工作時，高溫超導檢波器的性質和經典的低溫檢波器不同，不同之一是它們的I-V特性曲線，參見圖1（a），低溫超導檢波器I-V特性曲線上凸，

(d2V)/(dI2) ＜0（當V＞0時）

而在我們研究的區域中，在液氮溫度工作時，參見圖1（b），高溫超導檢波器I-V特性曲線下凸，

(d²V)/(dI²) ＜0（當V＞0時）

本發明作了下述理論分析：

作為電磁輻射檢波器，有一個重要的參量來描述器件的性能，這參量為響應率S，在經典低溫約瑟夫遜器件理論中有

S＝ (V)/(P) ＝-R_d/2I_cRΩ²

響應率S的定義是輸出電壓V除以最大有效輸入功率P，而臨界電流I_c（即最大的零電壓電流I_c）和常態電阻R的乘積I_cR是由用于制造器件的材料特性及工作溫度決定的，它可用于定義歸一化角頻率Ω，

Ω＝hω/2eI_cR

這里ω是微波信號角頻率。因為I_cR，ω和Ω皆為常數，因此響應率S正比于動態電阻R_d＝△V/△I。參見圖1（a），由于動態電阻R_d明顯地依賴于數值（I_bias-I_c）^-1，其中I_bias為檢波器的直流偏置電流，所以它必須偏置在十分接近于臨界電流I_c的地方。然而，參見圖1（b），高溫超導檢波器偏置在I_bias遠離I_c的地方，I_bias＞＞I_c。因此本發明用新的方法來提高響應率S。假設上述理論對高溫超導檢波器也適用，并且由圖1（b）可見在工作點上

R_d～R

注意到I_cR為常數，所以

R_d～I^-1_c

∴ S～I^-1_c

即響應率和臨界電流成反比。本發明在實驗上，在77K，在50ma＞I＞50μA范圍中，在同一塊材料上近似地證明了這一點。且在50μA以下，S也隨著I_c的減少而增加。

進一步研究表明，當調整器件的臨界電流正好降至I_c＝0，I-V曲線上看不到零電壓臺階，即在工作溫度時在V＝0時(dV)/(dI) ≠0，但I-V曲線仍呈非線性。我們稱它為近臨界超導器件，本發明實驗證明，它對微波輻照響應率十分高。圖2表示了近臨界超導體I-V曲線在不同微波功率輻照下的變化情形，曲線象一張弓，在弓的腹部可得到最大的響應率，參見圖2。

制作器件使用Y-Ba-Cu-O，Eu-Ba-Cu-O等金屬氧化物高溫超導材料，關于材料的制備可參有關文獻，如M.K.Wu，etal，phys.Rev.Lett.，Vol.58，908（1987）。及繆柏財等，復旦學報（自然科學版）Vol.26，247（1987）。