二阶梯度交叉耦合超导量子干涉仪电流传感器研制

作     者：徐达 钟青 曹文会 王雪深 王仕建 李劲劲 刘建设 陈炜 Xu Da;Zhong Qing;Cao Wen-Hui;Wang Xue-Shen;Wang Shi-Jian;Li Jin-Jin;Liu Jian-She;Chen Wei

作者机构：中国计量科学研究院前沿计量科学中心北京102200 清华大学微电子学研究所北京100084 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2021年第70卷第12期

页      面：371-378页

核心收录：

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 0803[工学-光学工程] 

基　　金：国家重点研发计划(批准号:2017YFF0206105) 国家自然科学基金(批准号:61701470,20161361354) 中国计量科学研究院(批准号:AKY1946,AKYZD2012)资助的课题 

主　　题：超导量子干涉仪 超导转变边缘探测器 磁通噪声 电流噪声 电流灵敏度 

摘      要：超导量子干涉仪(superconducting quantum interference device,SQUID)具有极低的噪声水平,极高的磁场灵敏度和电流灵敏度,可探测低噪声传感器的微弱电流信号.SQUID电流传感器已成为超导转变边缘探测器(transition-edge sensor,TES)等低噪声探测信号读出的唯一选择.本文研制了一种针对TES信号读出应用的二阶梯度交叉耦合SQUID电流传感器.根据TES的信号读出需求,设计了SQUID电流传感器的结构和各项参数.其中,SQUID环路、输入线圈和反馈线圈均采用二阶梯度结构.SQUID环路与输入线圈、反馈线圈均采用不同平面交叉耦合方式,可有效地减弱寄生电容.通过优化工艺,成功地研制出基于Nb/Al-AlOx/Nb约瑟夫森结的二阶梯度交叉藕合SQUID电流传感器.液氦温区测试结果显示,输入线圈电流灵敏度为17μA/φ0,磁通白噪声为2μΦ0/Hz1/2,电流白噪声为34 pA/Hz1/2.在无磁屏蔽条件下的噪声测试结果显示,二阶梯度交叉耦合SQUID电流传感器具有良好的抵抗环境电磁干扰能力.