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《南京大学》 2011年
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Bi_2Sr_2CaCu_2O_(8+x)高温超导器件制作及其在太赫兹波段的应用

姜振国  
【摘要】:太赫兹(THz)技术目前引起研究者们的极大关注,但是目前工作在太赫兹波段的器件还不成熟。因为超导器件对太赫兹波段的信号敏感,所以基于超导器件的检测器、太赫兹振荡源和谐振器的研究被广泛开展。Bi2Sr2CaCu2O8+x (BSCCO)单晶是具有强各向异性的层状超导体,是制作本征约瑟夫森结(以下简称本征结)和太赫兹调控器件的理想材料。本文主要介绍了我在以下几个方面所做的研究工作: 1.使用双面工艺制作了小尺寸本征结,结的数目可以控制到10个以下,结的尺寸在10μm2左右;我们在液氦温度下测试了器件的电输运特性,结果表明:结的一致性良好。进一步的,我们在c轴方向磁场下测试了本征结器件的电特性和对100 GHz信号的响应。在c轴方向的磁场下,本征结的临界电流被压缩了约40倍,同时,我们成功观察到了电流台阶,台阶的位置满足交流约瑟夫森效应的关系。 2.使用单面高台(mesa)工艺制作了大尺寸本征结实现太赫兹振荡源。通过对光刻和刻蚀工艺的研究和改进,我们制作了尺寸一致性良好的mesa结构器件。我对尺寸为330×50×1μm3的矩形结构的器件进行了详细的研究,在12 K-55 K的温度范围内成功检测到了太赫兹辐射信号,信号频率覆盖450 GHz-750GHz;并且,在一定的温度下,器件偏置在高偏和低偏的状态都可以检测到信号,高偏状态的信号强度要远大于低偏状态;我们在一定的范围内调节加在器件上的偏置电压,可以得到不同频率的太赫兹信号,这一成果为制作频率可调的太赫兹信号源提供了可能性。 3.使用BSCCO制作具有层状结构的THz metamaterial。我们在尺寸约为2 mmx2mm的单品薄片上加工了周期为60μm的ELC谐振单元,并使用太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)测试了器件的吸收谱,该器件在400 GHz的位置有明显的吸收峰。 4.系统研究了氩离子铣工艺,测试、分析了刻蚀速率与离子加速电压和离子束入射角度的关系,提出了一种刻蚀速率快,对样品损伤小的刻蚀方法;并分析了影响刻蚀形成的台阶侧壁形貌的因素。我们的研究表明,使用较低的离子加速电压(150 V左右)和45°的离子束入射角可以得到较高的刻蚀速率,并且在长时间刻蚀时可以减少样品和光刻胶所受到的损伤;同时45°入射可以减少再沉积效应,从而得到陡峭的台阶侧壁。
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TM26

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【参考文献】
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