- •В.Н. Игумнов Основы высокотемпературной криоэлектроники
- •Условные обозначения
- •Список сокращений
- •Предисловие
- •Введение
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Глава 1 сверхпроводимость
- •1.1. Нулевое сопротивление
- •Критические температуры некоторых сверхпроводников
- •1.2. Сверхпроводник в магнитном поле
- •Значения напряженности критического поля
- •1.3. Сверхпроводники второго рода. Вихри Абрикосова
- •Сверхпроводники второго рода
- •1.4. Энергетическая щель. Одночастичное туннелирование
- •Величина щели для различных сверхпроводников
- •1.5. Эффекты Джозефсона
- •Параметры слабосвязанных сверхпроводниковых структур, изготовленных методами интегральной технологии
- •1.6. Теория Бардина-Купера-Шриффера. Основные результаты
- •1.7. Особенности высокотемпературной сверхпроводимости
- •Контрольные вопросы
- •Глава 2 высокотемпературные сверхпроводники
- •2.1. Структура высокотемпературных сверхпроводников
- •Основные свойства некоторых втсп
- •Контрольные вопросы
- •2.2. Синтез втсп материалов
- •Размеры частиц порошков, полученных разными методами
- •Контрольные вопросы
- •2.3. Технология объемных сверхпроводников
- •2.3.1. Методы жидкофазного полученияBi-2212 сверхпроводников
- •Основные параметры расплавных методов и характеристики Bi-2212 [10]
- •2.3.2. Методы жидкофазного получения y-123 сверхпроводников
- •Основные параметры раслоенных методов и характеристики y-123
- •Контрольные вопросы
- •2.4. Технология пленочных сверхпроводников
- •2.4.1. Физические методы получения тонких пленок
- •2.4.2. Химические методы получения пленок и покрытий
- •2.4.3. Подложки. Буферные слои
- •Удельное сопротивление и тСпленокY-123
- •Контрольные вопросы
- •2.5. Основные свойства сверхпроводников
- •2.5.1. Переход металл-изолятор
- •2.5.2. Терморезистивные характеристики
- •2.5.3. Критический ток
- •2.5.4. Высокотемпературные сверхпроводники в магнитном поле
- •Результаты резистивных измерений в различных сверхпроводниках [5]
- •Контрольные вопросы
- •Глава 3 устройства криоэлектроники
- •3.1. Пассивные сверхвысокочастотные устройства
- •3.1.1. Микрополосковые линии. Линии задержки
- •Зависимость ширины микрополоска от длины линии
- •Линии задержки
- •3.1.2. Фильтры
- •Полосовые фильтры
- •3.1.3. Резонаторы
- •3.1.4. Приборы наS–Nпереходах
- •Контрольные вопросы
- •3.2. Болометры
- •Контрольные вопросы
- •3.3. Устройства на основе переходов Джозефсона
- •3.3.1. Джозефсоновские криотроны
- •3.3.2. Цифровые устройства на д-криотронах
- •3.3.3. Квантроны
- •3.3.4. Приемные устройства
- •3.3.5. Генераторы
- •Контрольные вопросы
- •3.4. Устройства на основе квантовых интерферометров
- •3.4.1. Сверхпроводящий квантовый интерферометр
- •3.4.2. Цифровые устройства на основе сквиДов
- •3.4.3. Магнитометры и градиентометры
- •3.4.4. Магнитометрические системы
- •Основные параметры ссм
- •Контрольные вопросы
- •3.5. Магнитные экраны
- •Контрольные вопросы
- •Глава 4 лабораторный практикум
- •4.1. Синтез втсп материалов
- •Общие сведения
- •Задания
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •4.2. Получение и исследование тонкопленочных втсп элементов
- •Общие сведения
- •Характеристики распылительных систем
- •Задания
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •4.3. Получение и исследование колец-фрагментов магнитного экрана
- •Задания
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •4.4. Исследование свойств колец-фрагментов магнитного экрана
- •Общие сведения
- •Задания
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •4.5. Изготовление и исследование свойств магнитных экранов
- •Общие сведения
- •Задания
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Предметный указатель
- •Оглавление
- •Глава 1 16
- •Глава 2 50
- •Глава 3 107
- •Глава 4 165
3.1. Пассивные сверхвысокочастотные устройства
Широкие перспективы применения сверхпроводников в компонентах СВЧ диапазона объясняются возможностью получения тонких ВТСП пленок на диэлектрических подложках. Как правило, к основным параметрам ВТСП пленок относят удельное сопротивлениеимагнитную восприимчивость. При описании поведения пленок на высоких частотах используют такой параметр, какповерхностное сопротивление. Согласно феноменологической модели, поверхностный импеданс ВТСП пленки в сверхпроводящем состоянии имеет следующий вид [18]:
, (3.1)
, (3.2)
, (3.3)
, (3.4)
, (3.5)
, (3.6)
, (3.7)
где σn– проводимость основных носителей заряда (N– электронов) при температуре переходаТС;
α– параметр остаточного сопротивления, определяет пределы поверхностного сопротивления при низких температурах;
γ– параметр, характеризующий качество пленки (1,5 … 2,5);
d– толщина ВТСП пленки;
ω– круговая частота.
Параметр γ является показателем качества пленки; чем выше γ, тем ниже поверхностное сопротивление. Кроме того, значение γ в экспоненте влияет на температурную зависимость λL и определяет крутизну температурной зависимости поверхностного сопротивления в точке перехода.
Как следует из (3.2), поверхностное активное сопротивлениепропорционально квадрату частоты, поэтому ВТСП материалы сохраняют свое преимущество до частот 100…200 ГГц. Это происходит за счет того, что начальное значение поверхностного сопротивления на постоянном токе у ВТСП материалов на несколько порядков ниже, и позволяет создавать компактные линии передачи СВЧ сигналов.
Активная составляющая поверхностного сопротивления определяет величину добротности ВТСП резонатора, а реактивная – чувствительность прибора к температурным колебаниям частоты резонатора и имеет значения для долговременной стабильности.
Как уже отмечалось, применение ВТСП элементов в СВЧ электронике позволяет решить целый ряд проблем. Проведенные исследования показывают, что применение ВТСП материалов позволит обеспечить:
повышение на 15 – 20% КПД всех энергоемких приборов за счет исключения омических потерь;
повышение выходной мощности в 2-3 раза и снижение массогабаритных характеристик;
повышение быстродействия управляющих устройств;
увеличение чувствительности приемных устройств;
повышение стабильности генераторов частоты.
Такие показатели являются привлекательными для разработчиков самой различной техники, в том числе и бытовой.
Высокотемпературные сверхпроводники используются в широком спектре пассивных СВЧ устройств: линиях передач, линиях задержки, пассивных фильтрах, амплитудных и фазовых модуляторах, переключателях и ограничителях СВЧ мощности, малогабаритных антеннах (приемных и передающих), резонаторах и др. В частности на основе таких устройств разработаны и успешно эксплуатируются миниатюризованные спутниковые системы связи с повышенной пропускной способностью, системы связи с подвижными объектами (сотовой связи) третьего поколения.