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10-Volt-Chip der PTB international erfolgreich getestet

30.10.1995

Mit Hilfe der erheblich verbesserten Produktionsbedingungen im neuen Reinraumzentrum der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig ist es dem Laboratorium "Dünnschichtstrukturen" gelungen, die Schaltkreise für Josephson-Spannungsnormale soweit zu optimieren, daß stabile Gleichspannungen von mehr als 10 Volt abgegeben werden.

Die für den Betrieb bei 1 Volt bzw. 10 Volt benötigte Mikrowellenleistung beträgt im günstigsten Fall etwa 1 mW bzw. 10 mW am Antenneneingang der Schaltung und konnte damit etwa um einen Faktor 6 gegenüber früheren Versionen reduziert werden. Dabei wurde der optimale Wert von 1 mV pro Josephson-Tunnelelement selbst für Ketten mit bis zu 6000 Elementen erreicht. In der Praxis ließ sich mit dem neuen Entwurf eine ausgezeichnete Stabilität mit nur zwei Ketten von je 800 Elementen für 1 Volt und vier Ketten mit je 3000 Elementen für 10 Volt erzielen. Die Ausbeute an funktionsfähigen Schaltungen konnte insbesondere für 10 Volt deutlich erhöht werden. Eine der besten 10-Volt-Schaltungen wurde inzwischen vom Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) in Paris mit Erfolg getestet. Es gab keine meßbaren Abweichungen von dem erwarteten Spannungswert, die Stabilität der Schaltung erwies sich als genauso hervorragend wie bei einer 1-Volt-Schaltung und die Stufenbreite der 10-Volt-Stufe war größer als 20 µA.

Durch Technologieverbesserung beim Schaltungsaufbau wurden Probleme mit beim Abkühlen eingefrorenen Flußquanten beseitigt. Durch Umstellung der Technologie - auf hochschmelzend stabile Materialien und Passivierung empfindlicher Schaltungsteile durch weniger störanfällige - wurde eine deutliche Qualitätsverbeserung der Tunnelelemente erzielt.

Mit diesen Ergebnissen dürfte der internationale Standard übertroffen sein, ohne daß der volle Spielraum für weitere Optimierung ausgeschöpft wäre.