Разработка и исследование радиочастотного усилителя на основе тонкопленочного ВТСП СКВИДа постоянного тока

• Автор: Калабухов, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 131 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие

Глава 1. Введение. СКВИДы и их применения §1.1 Физические основы работы СКВИДов

1.1.1 Эффект Джозефсона

1.1.2 Одно-и двух контактные интерферометры

1.1.3 Предельные характеристики пт СКВИДов

§1.2 Вопросы практической реализации двухконтактных интерферометров

1.2.1 СКВИДы на основе ниобиевых туннельных

контактов

1.2.2 Новые высокотемпературные сверхпроводниковые

материалы
1.2.3 Способы формирования ВТСП слабых связей
1.2.4 ВТСП СКВИДы постоянного тока
§1.3 Применения СКВИДов постоянного тока
1.3.1 Магнитометры и градиометры
1.3.2 Измерение низкочастотных электрических сигналов
1.3.3 Использование СКВИДов постоянного тока для
усиления радиочастотных сигналов
Цель работы и постановка задачи
Глава 2. Выбор топологии и оптимизация параметров ВТСП СКВИД усилителя
§2.1 Принцип работы усилителя радиочастотных сигналов на основе СКВИДа постоянного тока
2.1.1 СКВИД, индуктивно связанный с входной катушкой
2.1.2 Шумовая температура и оптимальное входное сопротивление СКВИД-усилителя
2.1.3 Динамический диапазон СКВИД-усилителя
§2.2 Выбор топологии ВТСП СКВИД-усилителя
2.2.1 Основные факторы, влияющие на выбор параметров ВТСП СКВИД-усилителя
2.2.1 Топология тонкопленочного СКВИДа на бикристаллической
подложке с микрополосковой входной катушкой
§2.3 Расчет параметров ВТСП СКВИД-усилителя с микрополосковой входной катушкой
2.3.1 Эквивалентная схема СКВИДа с микрополосковой входной катушкой
2.3.2 Расчет входного импеданса СКВИД-усилителя в рамках модели сосредоточенных элементов
2.3.3 Выбор оптимальных параметров СКВИД-усилителя
Заключение к главе 2
Глава 3. Основные этапы изготовления интегрального ВТСП СКВИД-усилителя
§3.1 Напыление тонких пленок УВагСизОг-г на бикристаллические подложки
3.1.1 Исследование качества и метод отбора бикристаллических
подложек
3.1.2 Напыление ВСТП пленок
3.1.3 Исследование качества полученных ВТСП пленок
§3.2 Формирование структуры СКВИДов
3.2.1 Фотолитография и травление ВТСП пленки
3.2.2 Изготовление изолятора и входной катушки
Заключение к главе 3
Глава 4. Низкочастотные электрофизические характеристики тонкопленочных ВТСП СКВИДов на бикристаллических подложках §4.1 Методика измерений
4.1.1 Установка для снятия вольт-амперных и вольт- полевых
характеристик
§4.2 Исследование основных электрофизических характеристик ВТСП СКВИДов
4.2.1 Вольт-амперные и вольт-полевые характеристики
4.2.2 Сравенение измеренных параметров с оценками
Заключение к главе 4

Глава 5. Экспериментальное исследование высокочастотных свойств ВТСП СКВИД-усилителя с микрополосковой входной катушкой §5.1 Исследование амплитудно-частотных и динамических характеристикк
5.1.1 Описание экспериментальной установки
5.1.2 Амплитудно-частотные характеристики ВТСП СКВИД
§5.2 СКВИД-усилитель с узкополосным тонкопленочным ВТСП
усилителя. Коэффициент усиления и входная шумовая температура

фильтром
§5.3 Обсуждение экспериментальных результатов Заключение к главе

Заключение

Список цитируемой литературы

Впервые возможность использования СКВИДа в биомагнитных исследованиях была продемонстрирована экспериментально в 1970 году, когда Циммерман и коллеги использовали точечный СКВИД для снятия магнитокардиограммы (МКГ) человеческого сердца [60]. Впоследствии СКВИДы использовались для исследования магнитных полей, порождаемых различными биологическими объектами. Диапазон напряженностей магнитных сигналов очень широк - от 10 до 10000 фТл (1 фТл = 1СГ15 Тл), а частоты изменяются от 0.01 до 10000 Гц. Для увеличения чувствительности по магнитному полю СКВИД включается в схему с приемной петлей и трансформатором магнитного потока, который служит для согласования высокой входной индуктивности приемной петли и малой индуктивности контура интерферометра [61,62].
Чувствительность современных НСТП СКВИДов по магнитному полю

достигает 3 фТл/Гц на частоте 0.1 Гц [63]. Для исследования распределения магнитных полей над биологическими объектами используются матрицы СКВИДов с градиометрическими входными катушками [64]. Несмотря на существенный прогресс в разработке ВСТП СКВИДов, харатеристики лучших ВТСП СКВИД-магнитометров далеки от их НТСП аналогов [65]. Высочайшая чувствительность, продемонстрированная для ВТСП СКВИДа, составляет 9 фТл/Гцш на частоте 1 кГц и 53 фТл/Гц|/2 на частоте 1 Гц [66]. Для улучшения чувствительности ВТСП СКВИДов необходимо усовершенствование технологических методов для изготовления качественных многослойных структур, что является отдельной сложной и трудоемкой задачей [67,68].
В неразрушающей магитной диагностике (НМД) регистрируется отклик объекта на внешнее воздействие (электрическим или магнитным полем). Это расширяет круг возможных режимов использования СКВИДов: для исследования остаточной намагниченности в образцах, распределения растекания слабых токов, для обнаружения скрытых