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Pulsgetriebenes AC Spannungsnormal mit Ausgangsspannung von 2,25 V RMS

28.11.2017

Um die Ausgangsspannung des pulsgetriebenen Josephson-Spannungsnormals zu erhöhen, wurden 16 Schaltungen, verteilt auf 8 Chips, in Serie geschaltet. Mit den insgesamt 162.000 Josephson-Kontakten wurde eine Ausgangsspannung von 2,25 V RMS (entsprechend 6,36 V Peak-Peak) realisiert.

 

 

Das pulsgetriebene Josephson-Wechselspannungsnormal ermöglicht die Erzeugung beliebiger spektral reiner Wellenformen. Es wird auch als Josephson Arbitrary Waveform Synthesiser (JAWS) bezeichnet. Wesentliche Komponente eines JAWS sind Reihenschaltungen aus SNS-Josephson-Kontakten (SNS: Supraleiter-Normalleiter-Supraleiter), die im Reinraumzentrum der PTB aus Niob mit Barrieren aus NbxSi1-x in einem modifizierten Fenster-Prozess hergestellt werden.

Die extrem stabilen und reproduzierbaren Abscheidebedingungen ermöglichen angepasste und wohldefinierte Dicken der einzelnen Schichten, wodurch große Serienschaltungen von gestapelten Josephson-Kontakten erfolgreich hergestellt werden können, was die Integrationsdichte deutlich erhöht.

Durch den parallelen Betrieb von 8 Chips mit bis zu 24.000 Josephson-Kontakten (in zwei Strängen pro Chip) konnten insgesamt 162 000 Kontakte gleichzeitig betrieben werden, wodurch eine Summenspannung von 2,25 V RMS bzw. 6,36 V Peak-Peak erzielt wurde. Für den Betrieb dieser Serienschaltung wurden zwei hochwertige 8-Kanal Pulsgeneratoren sowie zwei 8-Kanal Kryo-Probenstangen eingesetzt.

Das Bild zeigt das Frequenzspektrum und das Zeitbild einer Sinus-Wellenform mit einer Frequenz von 250 Hz. Höhere Harmonische wurden um exzellente 127 dBc unterdrückt. Im Rauschuntergrund noch erkennbare Störpeaks sind durch ein hochfrequentes Übersprechen bedingt. Sie sollen durch weitere Optimierung des Probenaufbaus in Zukunft reduziert werden, wozu auch eine HF-Abschirmung direkt auf den Chips integriert wird.

 

  Synthetisierte Sinus-Wellenform 

Bild:Frequenz- und Zeit-Darstellung einer synthetisierten Sinus-Wellenform der Frequenz 250 Hz und der Signalamplitude von 2,25 V RMS bzw. 6,36 V Peak-Peak. Hierfür wurden 16 Schaltungen (verteilt auf 8 Chips) in Serie geschaltet und somit 162.000 Josephson-Kontakte gleichzeitig betrieben.