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自从本征Josephson效应发现以来,由于其涉及到高温超导材料和结构、Josephson结动力学、高频振荡器等高频应用的多个领域,所以本征结(IJJs)的研究一直是国际上研究的热点之一。本征结的研究发展已经有近十年的时间,结的制备工艺不断在发展,从理论到技术方面都取得了一定的进展。
由Bi2Sr2CaCu2O8+X (BSCCO)单晶制备本征结并研究加强其与高频信号之间的耦合,是本人攻读硕士学位阶段主要的研究内容。在尤立星等前人的基础上,经过三年的努力,在以下几个方面取得了一些成果:
1)在总结前人的实验经验的基础上,结合实际的实验环境和条件,对制备的步骤和操作细节进行了适当的改造,实现了稳定的常规mesa本征结的制备。对制备失败的本征结的特性曲线进行了分析,总结了实验过程的各个环节中应该注意的细节和事项,改进了实验操作的参数和控制方法,对之后提高实验成功率起到了很好的指导意义。
2)利用可稳定控制的低能离子刻蚀,定量计算刻蚀时间和所刻蚀结数目的比例关系,计算出本征结的刻蚀速率,结合台阶仪实现膜厚以及刻蚀速率的精确测量,实现了常规mesa结构本征结的结数目的控制。通过四端子制备和测量工艺,采用先放松对结数目的控制,后通过精确控制的补充离子刻蚀方法,进行进一步刻蚀,实现含少数结的本征结的制备。
3)为了实现本征结的在远红外(THz)波段等高频方面的应用,采用准光学系统以加强本征结与高频信号源之间的耦合。需要制备的本征结单晶基底足够薄,以使得信号能够从样品的背面充分透过并辐照到结区,初步设计并成功制备了超薄单晶基底(厚度小于150 nm),并在此基础上成功实现了超薄单晶基底本征结的制备,初步测量显示结的特性比较稳定,和常规本征结特性基本一致。