梁恬恬 张国峰 伍文涛 倪志 王永良 应利良伍俊 荣亮亮 彭炜 高波

1) (中国科学院上海微系统与信息技术研究所, 信息功能材料国家重点实验室, 上海 200050)

2) (中国科学院超导电子学卓越创新中心, 上海 200050)

3) (中国科学院大学, 北京 100049)

串联超导量子干涉器件(superconducting quantum interference device, SQUID)阵列通过增加SQUID数量来达到提升信噪比的目的, 即SQUID电压信号随SQUID数目比例增加而总电压噪声正比于SQUID数目的平方根值.本文介绍了利用自主工艺线进行串联SQUID阵列研究的相关研究进展, 实现了SQUID数量分别为200和800的阵列集成, 测试得到磁通噪声达到0.5 μ Φ0/和输入电流灵敏度35 μ A/Φ0 , 等效输入电流噪声达到另外, 还给出了阵列参数与集成SQUID数量的关系, 验证了设计可靠性和工艺一致性.

1 引 言

超导量子干涉器件(superconducting quantum interference device, SQUID)是一种融合了磁通量子化[1,2]和约瑟夫森效应[3,4]的量子器件, 也是迄今为止已知的最为灵敏的磁通传感器.从结构上看, SQUID是一个被约瑟夫森结隔断的超导环结构, 可以根据所含约瑟夫森结的数量, 分为单个结的交流(rf)SQUID和两个结的直流(dc)SQUID两种, 本文研究的是dc SQUID(以下简称为SQUID).实际应用中, SQUID需要偏置在一定的电流或电压下, 称为恒流或恒压偏置, 对应的SQUID输出电压或电流将随穿过SQUID环的变化磁通呈现类似余弦的周期调制信号, 其周期精确地等于一个磁通量子( Φ0= 2.07 × 10–15Wb).由于SQUID磁敏感特性是周期非线性的, SQUID必须与读出电路配合工作在磁通锁定环(flux-locked loop,FLL)方式下才能构成磁传感器, 实现磁通-电压线性转换.在FLL中, 除了SQUID的本征噪声外,FLL的噪声……