1、近年來,超導(dǎo)電子學(xué)的研究和應(yīng)用得到了飛速的發(fā)展。以約瑟夫森效應(yīng)和磁通量子化效應(yīng)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一系列超導(dǎo)電子學(xué)器件如超導(dǎo)SQUID、混頻器、微波和遠(yuǎn)紅外波段的檢測(cè)器、高頻信號(hào)發(fā)生器、參量放大器、電壓基準(zhǔn)和超導(dǎo)數(shù)字電路等具有噪聲低、功耗小、靈敏度高、響應(yīng)速度快和頻率覆蓋寬等一系列優(yōu)異的性能,在軍事、航空航天、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中具有十分重要的應(yīng)用。本論文通過仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)量的方法對(duì)高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)的高頻特性及其應(yīng)用進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究,具體的研究

2、內(nèi)容及其成果歸納如下:
　　 1、利用CST三維電磁仿真軟件設(shè)計(jì)并制作了一套8mm波段半共焦Fabry-Perot諧振腔,并用它建立起一套高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)特性測(cè)量系統(tǒng)。此系統(tǒng)具有以下幾個(gè)重要的特點(diǎn):第一、通過螺旋測(cè)微器可以精細(xì)調(diào)節(jié)諧振腔兩鏡面之間的距離,可使諧振腔工作在TEM00q基模狀態(tài)下,此時(shí)腔內(nèi)電磁場(chǎng)呈高斯駐波分布,在近軸區(qū)域近似于空間平面波。這樣的場(chǎng)分布非常適合于用來觀測(cè)約瑟夫森結(jié)的微波輻照特性。第二,可以精細(xì)調(diào)節(jié)樣品

3、在諧振腔中的位置,使樣品處在腔內(nèi)電場(chǎng)較強(qiáng)的地方。第三,可以方便地改變腔內(nèi)電場(chǎng)的方向。通過精細(xì)調(diào)節(jié)這些結(jié)構(gòu)參數(shù),可使約瑟夫森結(jié)與外加電磁場(chǎng)處于最佳耦合狀態(tài),觀測(cè)到高質(zhì)量的Shapiro臺(tái)階。這在電壓基準(zhǔn)以及THz波信號(hào)發(fā)生和檢測(cè)方面有重要的意義。
　　 2、通過實(shí)驗(yàn)研究了T1-2212高溫超導(dǎo)薄膜雙晶約瑟夫森結(jié)的特性。雖然國(guó)際上已經(jīng)對(duì)高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)的特性進(jìn)行了充分的研究,并報(bào)導(dǎo)了很多的研究成果,但他們主要針對(duì)用YBCO高溫超導(dǎo)

4、薄膜制備的約瑟夫森結(jié)的特性進(jìn)行研究,而用T12Ba2CaCu2O8超導(dǎo)薄膜制備的約瑟夫森結(jié)的特性研究不多,特別是用SrTiO3基片作襯底的情況。由于鉈膜比釔膜具有更高的臨界轉(zhuǎn)變溫度,更耐潮,因此更適合于用來制作微波應(yīng)用的器件,對(duì)用鉈膜制成的雙晶約瑟夫森結(jié)的特性進(jìn)行研究,有重大的意義。特別地,本論文所用的約瑟夫森結(jié)是由生長(zhǎng)在雙晶SrTiO3襯底上的T1-2212高溫超導(dǎo)薄膜制備的。一般來說,SrTiO3襯底的介電常數(shù)較大,損耗角的正切也較

5、大,不利于器件的高頻應(yīng)用,但本研究結(jié)果表明,用SrTiO3襯底制備的雙晶約瑟夫森結(jié)在毫米波輻照下,也能觀測(cè)到陡直的、幅度較高的Shapiro臺(tái)階。
　　 3、通過實(shí)驗(yàn)研究了YBCO高溫超導(dǎo)雙晶約瑟夫森結(jié)陣列的毫米波輻射特性。研究發(fā)現(xiàn),由于單個(gè)約瑟夫森結(jié)的阻抗太小,很難實(shí)現(xiàn)與外部微波電路的阻抗匹配,因此輻射功率很小,沒有實(shí)用價(jià)值。為了有效提高約瑟夫森結(jié)的輻射功率,我們采用多個(gè)雙晶約瑟夫森結(jié)串聯(lián),集成半波偶極天線陣,介質(zhì)諧振器(介質(zhì)

6、基片)和Fabry-Perot諧振器共同作用的方法。研究結(jié)果表明此方法可有效地提高雙晶約瑟夫森結(jié)的輻射功率。這對(duì)用約瑟夫森結(jié)制作高頻信號(hào)發(fā)生器有重要的意義。
　　 4、利用傾斜生長(zhǎng)的T1-2212高溫超導(dǎo)薄膜制備出本征約瑟夫森結(jié)陣列,分別測(cè)量到多分支和單分支結(jié)構(gòu)的Ⅰ-Ⅴ特性曲線。特性曲線具有很強(qiáng)的回滯,證明T1-2212薄膜本征結(jié)陣列是屬于SIS類型。多分支結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)是由于結(jié)尺寸的不一致性造成的,改進(jìn)刻蝕工藝后,得到單分支結(jié)構(gòu)的