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Entwicklung von Schaltungen für den Josephson-Synthesizer

18.02.2005

Wesentliche Komponenten eines Josephson-Synthesizers zur Erzeugung hochgenauer Gleich- und Wechselspannungen sowie beliebiger Wellenformen sind optimierte Josephson-Schaltungen. Für den Einsatz in einem Josephson Arbitrary Waveform Synthesizer (JAWS), der z. Z. im Rahmen des EU-Forschungsvorhabens JAWS mit Partnern aus sechs europäischen Ländern entwickelt wird, sind kompakte Schaltungen, die kurz gegenüber der Wellenlänge der eingestrahlten Pulsfolge sind, von besonderem Interesse. Verschiedene Schaltungen auf der Basis von SINIS-Josephson-Kontakten (Supraleiter/Isolator/Normalleiter/Isolator/Supraleiter) wurden an der PTB entwickelt, in der bewährten Nb-Al2O3-Technologie hergestellt und charakterisiert. Die Kontakte sind in eine Koplanarleitung mit einer Impedanz von 50 Ω integriert. Diese Schaltungen werden bei Projektpartnern erfolgreich in einer Laborversion des JAWS eingesetzt.

Aufgrund der moderaten Stromdichten sind SINIS-Kontakte vergleichsweise groß mit einer typischen Länge von etwa 10 μm. In der zur Verfügung stehenden Schaltungslänge von etwa 1,5 mm lassen sich nur gut 100 SINIS-Kontakte integrieren. Um die Zahl der Kontakte und damit die erreichbare Ausgangsspannung zu erhöhen, sind deshalb andere Kontakttypen untersucht worden. Besonders interessant sind dabei SNS-Josephson-Kontakte (Supraleiter/Normalleiter/Supraleiter), die deutlich größere Stromdichten erlauben. In einem modifizierten Herstellungsprozess mit Elektronenstrahl-Lithographie lassen sich typische Kontaktlängen unter 1 μm erreichen, so dass die Zahl der Kontakte in den Reihenschaltungen auf etwa 1000 erhöht werden kann. Verschiedene Testschaltungen konnten erfolgreich entwickelt und hergestellt werden. Erste Messungen sind sehr vielversprechend, jedoch sind weitere Entwicklungsarbeiten bis zu einem erfolgreichen Einsatz im JAWS erforderlich.