二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件及其制备方法与流程

本公开涉及超导电子学，特别是涉及一种二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件及其制备方法。

背景技术：

1、超导量子干涉器件 (superconducting quantum interference device, squid)是当前灵敏度最高的磁场传感器，其等效能量分辨率可接近于量子极限水平，广泛应用于生物磁测量及地磁探测工作。基于squid的电流传感器可以精密测量微小电流等可等效转化为磁通的信号，是超导转变边沿探测器（transition-edge sensor， tes）、金属磁性量能器（metallic magnetic calorimeter，mmc）、低温电流比较仪（cryogenic currentcomparator，ccc）等仪器的唯一读出设备。因此，squid作为宇宙学、生物医学中现代大型科学装置的关键核心器件，对其制备工艺，构型设计，原理理论模拟及放大读出技术等的研究至关重要。

2、 squid电流传感器的噪声水平决定了其测量灵敏度，是squid电流传感器的重要指标之一。而环境磁场对squid环路的干扰不容忽视，因此，二阶梯度计型squid应运而生，通过并联四个超导环路，可以有效减小环境磁场的影响。

3、相关技术中，一般是将输入线圈与反馈线圈耦合到同一个超导垫片中，输入线圈与负反馈线圈之间容易出现的串扰，且输入线圈和负反馈线圈的耦合系数与传递效率均较低。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件及其制备方法，至少能够有效降低输入线圈与反馈线圈之间的串扰现象，并提升输入线圈和反馈线圈的耦合系数和传递效率。

2、为了实现上述目的及其他目的，第一方面，本公开提供了一种二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件，包括：八个超导垫片，八个超导垫片包括四个输入超导垫片和四个负反馈超导垫片，一个输入超导垫片与一个负反馈超导垫片形成一个超导环路，四个超导环路并联且呈中心对称排布；输入线圈，输入线圈与四个超导输入超导垫片相耦合；负反馈线圈，负反馈线圈与四个负反馈超导垫片相耦合。

3、上述实施例中的二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件中，形成有四个输入超导垫片和四个负反馈超导垫片和组成呈中心对称排布的四个超导环路，并使输入线圈与四个超导输入超导垫片相耦合，使负反馈线圈与四个负反馈超导垫片相耦合，避免了现有技术中将输入线圈与反馈线圈耦合到同一个超导垫片中，输入线圈与负反馈线圈之间容易出现的串扰，且输入线圈和负反馈线圈的耦合系数与传递效率均较低的问题，至少能够有效降低输入线圈与反馈线圈之间的串扰现象，并提升输入线圈和反馈线圈的耦合系数和传递效率。

4、在其中一个实施例中，输入线圈环绕于四个输入超导垫片上，并于八个超导垫片的水平对称线上形成输入端口；负反馈线圈，环绕于四个负反馈超导垫片上，并形成负反馈端口。

5、上述实施例中的二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件中，通过环绕于四个输入超导垫片上的输入线圈输入待检测电流，通过负反馈端口实现磁通锁定工作模式，能够准确对待检测电流所对应的输出电压进行检测。

6、在其中一个实施例中，二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件，还包括：偏置线圈，偏置线圈与四个超导环路连接，并形成偏置端口。

7、在其中一个实施例中，偏置线圈包括第一约瑟夫森结、第二约瑟夫森结、第一电阻、第二电阻、衰减电阻，第一电阻和第二电阻为偏置电路中的并联电阻。

8、上述实施例中的二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件中，通过两个约瑟夫森结、两个电阻和衰减电阻对磁通量的调制作用，使偏置电路能够通过偏置端口准确输出检测电压。

9、在其中一个实施例中，每个输入超导垫片包括：衬底；第一超导层，位于衬底上；第一绝缘层，位于第一超导层上；超导线圈层，位于第一绝缘层上。

10、上述实施例中的二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件中，通过衬底、超导层和绝缘层的结构，形成输入超导垫片，能够准确地对输入环路的磁通量进行捕捉。

11、在其中一个实施例中，每个负反馈超导垫片包括：衬底；第一超导层，位于衬底上；第一绝缘层，位于第一超导层上；超导线圈层，位于第一绝缘层上。

12、上述实施例中的二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件中，通过衬底、超导层和绝缘层的结构，形成负反馈超导垫片，能够实现二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件的磁通锁定工作模式。

13、在其中一个实施例中，偏置线圈包括：衬底；第一超导层，位于衬底上；第一绝缘层，位于第一超导层上；第二超导层，位于第一绝缘层上；第二绝缘层，位于第二超导层上；超导线圈层，位于第二绝缘层上；电阻层，位于超导线圈层上，用于形成第一电阻、第二电阻和衰减电阻；其中，第二超导层、超导线圈层和电阻层共同形成偏置线圈。

14、上述实施例中的二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件中，通过两层超导层和一层电阻层形成偏置线圈，保证了二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件的检测精度和灵敏度。

15、在其中一个实施例中，第一超导层、第一绝缘层和第二超导层组成第一约瑟夫森结和/或第二约瑟夫森结。

16、上述实施例中的二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件中，通过形成约瑟夫森结结构，能够形成高灵敏度的二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件。

17、在其中一个实施例中，输入线圈与负反馈线圈的环绕方向相反。

18、第二方面，本公开实施例还提供了一种二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件的制备方法，包括：提供衬底；于衬底上形成第一超导层，并对第一超导层进行刻蚀，得到第一目标图案的第一超导层；于第一超导层上形成第一绝缘层；于第一绝缘层上形成第二超导层；于第二超导层上形成第二绝缘层；于第二绝缘层上形成超导线圈层，对超导线圈层进行刻蚀，得到用于形成输入线圈、负反馈线圈和偏置线圈的超导线圈层，并于超导线圈层形成多个穿透第二绝缘层的凹槽，凹槽内沉积超导材料用于连接超导线圈层和第二超导层；于超导线圈层上形成电阻层，电阻层用于形成第一电阻、第二电阻和衰减电阻。

19、上述实施例中的二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件的制备方法中，形成有四个输入超导垫片和四个负反馈超导垫片组成呈中心对称排布的四个超导环路，并使输入线圈与四个超导输入超导垫片相耦合，使负反馈线圈与四个负反馈超导垫片相耦合，避免了现有技术中将输入线圈与反馈线圈耦合到同一个超导垫片中，输入线圈与负反馈线圈之间容易出现的串扰，且输入线圈和负反馈线圈的耦合系数与传递效率均较低的问题，至少能够有效降低输入线圈与反馈线圈之间的串扰现象，并提升输入线圈和反馈线圈的耦合系数和传递效率。

1.一种二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件，其特征在于，所述输入线圈环绕于所述四个输入超导垫片上，并于所述八个超导垫片的水平对称线上形成输入端口；

3.根据权利要求1所述的二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求3所述的二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件，其特征在于，所述偏置电路包括第一约瑟夫森结、第二约瑟夫森结、第一电阻、第二电阻、衰减电阻，所述第一电阻和第二电阻为所述偏置电路中的并联电阻。

5.根据权利要求1所述的二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件，其特征在于，每个输入超导垫片包括：

6.根据权利要求1所述的二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件，其特征在于，每个负反馈超导垫片包括：

7.根据权利要求2所述的二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件，其特征在于，所述偏置线圈包括：

8.根据权利要求7所述的二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件，其特征在于，所述第一超导层、所述第一绝缘层和所述第二超导层组成第一约瑟夫森结和/或第二约瑟夫森结。

9.根据权利要求1所述的二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件，其特征在于，所述输入线圈与所述负反馈线圈的环绕方向相反。

10.一种二阶梯度独立输入反馈型超导量子干涉器件的制备方法，其特征在于，包括：