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Josephson-Technologie

Arbeitsgruppe 2.43

Forschung:

Josephson-Technologie

Die Schaltungen für Wechselspannungsanwendungen bestehen aus überdämpften Josephson-Kontakten, die sich mit unterschiedlichen Kontakttypen realisieren lassen. Für binär unterteilte programmierbare Spannungsnormale setzen wir seit ein paar Jahren SNS-Kontakte ein, nachdem wir lange Zeit SINIS-Kontakte genutzt haben. Diese Kontakte bestehen aus einer Schichtenfolge Supraleiter / Normalleiter / Supraleiter bzw. Supraleiter / Isolator / Normalleiter / Isolator / Supraleiter; die Reihenschaltungen stellen wir im Reinraumzentrum der PTB in Opens internal link in current windowDünnschichttechnologie her. Als Supraleiter verwenden wir Niob, als Normalleiter Niob-Silizium bzw. Aluminium und als Isolator Aluminiumoxid, das wir durch Oxidation aus Aluminium erzeugen. Die Eigenschaften der SNS- bzw. SINIS-Kontakte ermöglichen den Betrieb der Schaltungen bei Mikrowellenfrequenzen um 70 GHz. Neben Opens internal link in current window1-V-Schaltungen aus 8192 Kontakten stellen wir Opens internal link in current window10-V-Schaltungen aus knapp 70 000 Kontakten her.

Während die binär unterteilten Josephson-Schaltungen bei einer festen Mikrowellenfrequenz betrieben werden, lassen sich Josephson-Schaltungen auch mit einer Folge von kurzen Strompulsen betreiben. Dabei bestimmt die momentane Pulsfolgefrequenz die gerade erzeugte Ausgangsspannung dieser puls-getriebenen Josephson-Spannungsnormale. Veränderungen der Pulsfolgefrequenz ermöglichen die Erzeugung beliebiger Wellenformen mit diesem Opens internal link in current windowJAWS (Josephson Arbitrary Waveform Synthesizer). Mit kommerziellen Pulsgeneratoren lassen sich Pulsfolgefrequenzen von etwa 15 GHz erreichen, was einer Spannung von 30 µV für einen einzelnen Josephson-Kontakt entspricht. Für höhere Ausgangsspannungen werden wieder Reihenschaltungen aus vielen Josephson-Kontakten benötigt (z.B.: 5000 Josephson-Kontakte für Spannungen von 150 mV). Die Josephson-Kontakte der Reihenschaltungen im JAWS bestehen aus SNS-Kontakten mit einer Schichtenfolge Supraleiter / Normalleiter / Supraleiter bestehen, die für den Betrieb bei Pulsfolgefrequenzen von 15 GHz gut geeignet sind. Für die JAWS-Schaltungen setzen wir inzwischen auch Kontakte mit einer Barriere aus Niob-Silizium ein, nachdem wir einige Zeit auch SINIS-Kontakte bzw. SNS-Kontakte mit Hafnium-Titan als Normalleiter genutzt haben.