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Minituarisierung eines Hochfrequenz-Einzelladungs-Elektrometers mit hoher Bandbreite

05.12.2007

Im Rahmen der Erforschung der Kohärenzeigenschaften von supraleitenden Schaltungen für die Informationsverarbeitung werden an der PTB Ein-Cooper-Paar Transistoren (ECPT) untersucht. Für die Auslese solcher Schaltungen wird in einem Schwingkreis ihre effektive Induktivität und deren Abhängigkeit vom magnetischen Fluss ausgenutzt. Die Induktivität ist durch die flussabhängige Krümmung der Eigen-Energie des ECPT bestimmt, und sie hängt damit sowohl vom Energie-Eigenzustand als auch von der aufgebrachten Ladung ab. Derartige Strukturen eignen sich somit auch als Elektrometer, und sie können als solche womöglich Einzug in die Metrologie halten. Die erwähnte dispersive Auslese erlaubt dabei, Ladungssignale mit großer Bandbreite bei hoher Trägerfrequenz aufzulösen. Da das ECPT den supraleitenden Zustand hierbei nie verlässt, sind Probleme durch Wärmeentwicklung nicht zu erwarten, die von den ähnlichen Einzel-Elektron-Transistoren im Betrieb als Mikrowellen-Mischer (sogenannte RF-SETs) bekannt sind. Bisher wurden mit den Schaltungen an der PTB Ladungsauflösungen von 1,2∙10-4 e/√Hz bei einer Bandbreite von bis zu 20 MHz erreicht. Die Größe des gesamten Schaltkreises von lediglich 5000 µm2 erlaubt dabei eine Parallelisierung, die für zukünftige Anwendungen erforderlich wird.

Bild 1:
SEM-Bild eines induktiv geladenen Ein-Cooper-Paar-Transistors

Bild 2:
Ausgangsspektrum eines Ein-Cooper-Paar-Transistors im Schwingkreis. Eine angelegte Sinus-Spannung erzeugt deutliche Seitenbänder der angelegtenTrägerfrequenz