08.12.2011
Nachdem es 2008 in einer Kooperation mit dem NIST (Boulder, USA) erstmalig gelang, programmierbare 10-V-Spannungsnormalschaltungen für den Einsatz bei 70 GHz auf Basis von SNS Josephson-Kontakten (S = Supraleiter: Nb und N = Normalleiter: NbxSi1-x) herzustellen, wurden inzwischen die technologischen Voraussetzungen geschaffen, solche Schaltungen vollständig an der PTB zu fertigen. In einer neuen Cluster-Sputteranlage werden die erforderlichen SNS-Dreifach-Schichten auf 3-Zoll-Wafern im Reinraumzentrum der PTB hergestellt. Wesentliche Voraussetzung dafür war die erfolgreiche Optimierung von kritischer Stromdichte jc und charakteristischer Spannung Vc = IcRn (Ic = max. Suprastrom eines Josephson-Kontakts, Rn = elektrischer Widerstand im normalleitenden Zustand bei 2Ic). Beide können weitgehend unabhängig voneinander durch Schichtdicke und Zusammensetzung (Nb-Anteil: x) der normalleitenden Barriere festgelegt werden, die durch simultanes Aufbringen (Co-Sputtern) von Nb und Si erzeugt wird. Dabei sind jedoch sehr hohe Anforderungen an die Homogenität der Schichtdicke (ca. 12 nm) und ihrer Zusammensetzung (x »10%) zu erfüllen, um die Parameterstreuung der annähernd 70000 Josephson-Kontakte einer 10-V-Schaltung gering zu halten.
Erste Erfahrungen und Messungen an 1-V- und 10-V-Schaltungen (Bild) belegen die Robustheit der SNS-Josephson-Kontakte im Fertigungsprozess der Schaltungen sowie deren hervorragende Eignung für die hochpräzise Messung von Gleich- und niederfrequenten Wechselspannungen .
Bild1:
Strom-Spannungskennlinie einer 10-V-Schaltung mit 69 632 Josephson-Kontakten ohne (schwarz) und mit (rot) Einstrahlung von 70-GHz-Mikrowellen. Kennlinienausschnitte zeigen die Stufen konstanter Spannung (Shapiro-Stufen) bei 10 V und 0 V mit erhöhter Auflösung.
Ansprechpartner: J. Kohlmann
Fachbereich 2.4 : Quantenelektronik