Präzises Mikrostreifen-Schaltkreis- & Materialcharakterisierungssystem für supraleitende Filme

Die Charakterisierung von Mikrostreifen-Supraleiterfilmen bei Millimeterwellenfrequenzen ist ohne einen komplexen Dünnschichtfertigungsprozess schwierig. Diese Charakterisierung umfasst die Messung des ohmschen Verlusts bei einer Auflösung von 10100 Parts per Million (ppm).

Typischerweise nutzt die Charakterisierung von Mikrostreifen-Supraleiterfilmen antennengekoppelte Bolometer als Teil der Supraleiterfilmstruktur. Bolometer sind Komponenten, die eingestrahlte elektromagnetische Strahlung über die Erwärmung eines Materials mit temperaturabhängigem elektrischen Widerstand messen; jedoch ist dieser Prozess nachteilig, da eingebettete Detektoren wie Bolometer den Supraleiterfilm-Fertigungsprozess erschweren. Dieser Prozess erfordert auch verschiedene Millimeterwellenkomponenten, was die Filmfertigung weiter kompliziert. Zudem erfordert die Charakterisierung supraleitender Filme kundenspezifische Ausrüstung und kann zwischen verschiedenen Fertigungsprozessen variieren.

Das Mikrostreifen-Schaltkreis- und Materialcharakterisierungssystem kann den ohmschen Verlust von Supraleiterfilmen bei Millimeterwellenfrequenzen mithilfe eines Vektornetzwerkanalysators (VNA) messen, der Amplituden- und Phaseneigenschaften der Netzwerkparameter des Films misst.

Das System besteht aus einer Zwei-Port-Wellenleiterstruktur. Die Ports werden verwendet, um Millimeterwellenleistung in den Supraleiterfilm hinein und aus ihm heraus zu übertragen und zu empfangen. Die Wellenleiterstruktur wird verwendet, um die charakteristische Wellenleiterimpedanz in Mikrostreifenleitungsimpedanz über breite Frequenzbereiche zu transformieren, um Kontakt mit dem Supraleiterfilm herzustellen. Der Supraleiterfilm enthält Mikrostreifenleitungsresonatoren, die verwendet werden können, um ohmschen Verlust und die effektive Dielektrizitätskonstante bei verschiedenen Frequenzen zu messen.

Das System funktioniert, indem es an einen Millimeterwellensender und -empfänger angeschlossen wird. Das System wird verwendet, um den Transmissionsverlust eines Mikrostreifenleitungsmusters zu messen. Für supraleitende Mikrostreifenfilm-Messung muss das Gerät unter die kritische Temperatur des Supraleiters gekühlt werden, um den Filmohmschen Verlust und die Ausbreitungskonstante der Leitungsstrecke zu messen. Das System kann Verluste in der Mikrostreifenleitung von nur 10 ppm messen und ist in einem Temperaturbereich von 0 K bis 320 K betriebsbereit.

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