电子器件散粒噪声测试方法研究

本文分析了超导量子干涉器(SQUID)和超导-绝缘-超导(SIS)约瑟夫森结散粒噪声测试方法的应用局限性,提出了常规器件的散粒噪声测试方案.针对常规电子器件散粒噪声特性,研究了噪声测试基本条件,并建立了低温测试系统.通过采用双层屏蔽结构和超低噪声前置放大器,实现了较好的电磁干扰屏蔽和极低的背景噪声.在10 K温度下对常规二极管散粒噪声进行了测试,通过理论和测试结果对比分析,验证了测试系统的准确和可信性. 关键词： 散粒噪声 电子器件 噪声测试     

铁磁-超导隧道结中的散粒噪声

考虑到铁磁层中的自旋极化效应与粗糙界面散射效应,利用散射理论,讨论铁磁超导隧道结中的散粒噪声.计算表明:磁交换作用可以抑制隧道结系统的平均电流与散粒噪声功率,而粗糙界面散射可以增强系统的平均电流与散粒噪声功率 关键词： 铁磁 超导 隧道结 散粒噪声     

相干介观系统中散粒噪声的Monte Carlo模拟方法研究

根据电荷通过低温量子导体时具有的二项分布导致散粒噪声这一结论,结合Landauer电流公式的物理内涵建立了相干介观系统中的散粒噪声模型,并通过Monte Carlo模拟方法产生了散粒噪声时间序列.介观系统中散粒噪声的抑制来源于电子输运时的相关性,传输本征值双峰分布导致量子混沌腔和无序金属中的散粒噪声抑制.根据这两个结论,通过Monte Carlo模拟定性地分析了传输本征值分布与电子输运相关性之间的关系. 关键词： 散粒噪声 Landauer公式 介观系统     

冷凝泵型稀释制冷机实验研究

极低温(<1 K)环境对于凝聚态物理、天文观测和量子计算等前沿领域具有重要意义,其中稀释制冷是应用最广泛的极低温制冷技术.针对小冷量应用的冷凝泵型稀释制冷机利用冷凝泵实现³He的低温循环,无需复杂的机械泵组和连接气路,具有结构紧凑、操作便利、成本低等优势,从而成为新的研究热点.本文围绕冷凝泵型稀释制冷机,介绍了其制冷原理和系统架构,设计并搭建了预冷系统、稀释低温系统和测量系统,并对整机进行了实验研究.辅助多测温点测量系统,通过多次实验总结了稀释低温循环过程,由吸附制冷机预冷、稀释循环启动和稀释制冷三个阶段组成,并且分析了系统启动和运行特性.经过测试,实验最低温度可达108 mK.该制冷机可以很方便地拓展低温平台的制冷温区,为凝聚态物理、材料、医学研究等前沿领域提供重要支撑.     

一维介观系统的隧道电流零频散粒噪声谱密度

导出了一维介观系统隧道结的以非平衡格林函数(闭路格林函数)表示的电流散粒噪声谱密度表达式,对隧道结中无杂质及含杂质两种情形下的电流零频散粒噪声谱密度随系统各物理参数的关系做了详细的计算及讨论. 关键词：     

纳米器件电流噪声的散射理论统一模型研究

传统散射理论在研究器件噪声特性时,并没有考虑非相干输运和库仑作用对散粒噪声的抑制,而在实际纳米器件中这两种效应不可忽略.本文基于散射区等效接触端模型推导了考虑上述两种效应的电流噪声散射理论统一模型,该模型适用于从相干输运到非相干输运的整个输运区,并同时考虑了泡利不相容原理和库仑作用对散粒噪声的抑制.本文也提出了一种基于统一模型的电流噪声数值模拟方法,该方法所得散射区特性与散射区等效接触端模型特性一致. 关键词： 电流噪声 散射理论 统一模型     

半导体/磁性d波超导隧道结中的散粒噪声

考虑到磁性d波超导体中的能隙与磁交换能的依赖关系,通过求解Bogoliubov-de Gennes(BdG)方程,利用Blonder-Tinkham-Klapwijk理论方法研究半导体/磁性d波超导隧道结中的散粒噪声.计算结果表明:磁性d波超导结中的磁交换能h0可导致散粒噪声在零偏压处的双峰和能隙处的峰出现劈裂,劈裂的宽度为2h0;磁交换能h0同时对散粒噪声及噪声功率与平均电流的比值有抑制作用.     

介观物理系统中的噪声

描述了介观物理系统中噪声的研究现况. 对热噪声和散粒噪声的物理起源做了详细介绍，热噪声是系统的能态占据数发生涨落引起的，而散粒噪声源于载流子传输的微粒特性. 还介绍了研究噪声的主要理论——散射理论，并给出了其在马鞍形半导体量子线和铁磁/绝缘体/半导体双异质结两种介观系统中的应用，指出了噪声研究的实际物理意义. 关键词： 介观物理 热噪声 散粒噪声 散射理论     

用散粒噪声测量碳纳米管中Luttinger参数

将碳纳米管的载流子输运用基本电荷为ge的Fermi液态模型描述，利用散射理论计算出纳米管中的零频率散粒噪声，在绝对零度下，存在一个强势垒的碳纳米管的散粒噪声为2geI.提出了一种测试纳米管Luttinger参数的新方法：在纳米管上形成一个强势垒，通过测试其散粒噪声，就可以计算出g因子. 关键词： 碳纳米管 Luttinger参数 散粒噪声 散射理论     

前置放大器在高频信号检测系统中的作用

利用约瑟夫森效应获取电磁信号的频谱信息是超导电子学的重要应用之一.我们在实验室已搭建的高频信号频谱检测系统基础上,研究了前置放大器的噪声参数对整个高频信号检测系统性能产生的影响.通过实验,我们将两个不同输入电压噪声密度的低噪声放大器应用于检测系统,并对所得的结果进行了比较.讨论了在前置放大器方面对基于约瑟夫森效应的液氮温区的小型高频信号检测系统进行改进的可能性.     

mK 温区极低温制冷技术在空间应用的进展及趋势

随着空间科学的不断发展,空间任务需求的温度已低至50mK,使得极低温技术在空间领域得到了极大的发挥.本文首先介绍了近年来空间科学卫星对极低温的需求,总结了吸附制冷、绝热去磁制冷以及稀释制冷在空间应用的发展历程及工作特点.此外,重点分析了稀释制冷技术在空间应用的现状、趋势及关键问题.最后,指出了空间极低温制冷技术的国内形势及其发展对我国空间科学研究的重要意义.关键词:极低温,空间应用,稀释制冷,绝热去磁制冷,吸附制冷     

345 GHZ PROTOTYPE SIS MIXER WITH INTEGRATED MMIC LNA

We report on heterodyne measurements at submillimeter wavelengths using a receiver with a Superconductor-Insulator-Superconductor (SIS) mixer device and a Microwave Monolithic Integrated Circuit (MMIC) cryogenic low noise amplifier (LNA) module integrated into the same block. The mixer characterization presented in this work demonstrates the feasibility of operating a MMIC LNA in close proximity to the SIS device without penalty in mixer performance due to heating effects. Verification of this functionality is crucial for the ongoing development of SuperCam, a 64-pixel focal plane array receiver consisting of eight, 1 × 8 integrated mixer/LNA modules. The test setup included a mixer block modified to accept a MMIC amplifier. Our tests show that the LNA can be operated over a broad range of V_drain voltages from 0.40–1.40 V, corresponding to dissipative powers of 2.6–29 mW. We observe no significant effect on the measured uncorrected receiver noise temperatures in the 345 GHz band.     

场效应器件低温特性与低噪声放大器

高温超导滤波器与低噪声放大器(LNA)组成的射频接收机前端设备具有高选择性、高灵敏度和极低的噪声,因而展现出广阔的应用前景.本文研究了场效应器件的低温物理特性和电学参数,研制了一种适用于高温超导微波接收系统的低温低噪声放大器,在60K工作温度下,具有很好的噪声特性.包括高电子迁移率场效应晶体管在内的元件参数均在60K温度下进行了实际测量.放大器的各项指标与设计值吻合,工作频段为800MHz～850MHz,增益大于18dB,输入输出驻波比小于1.2,噪声系数小于0.22dB.     

实际大气中闪烁指数测量的数据处理

在闪烁指数定义的基础上,综合考虑背景光噪声、探测器固有噪声和散粒噪声等影响闪烁指数测量精确度的因素,修改了测量系统的数学模型,并对现有数据处理方法做出改进。在1 km距离上进行了激光水平传输实验,分别采用了现有方法和改进方法处理实验数据,并对获取的3种闪烁指数进行了比较。实验结果显示:修改后数学模型相比现有模型更符合实测值;相比系统本底噪声,探测器散粒噪声要高出一个数量级,将会严重影响测量准确度;在信噪比有较大波动的条件下,改进方法受到的影响小于现有方法;在信噪比较低时,改进方法的准确度优于现有方法。     

Minimum noise temperature of a practical SIS quantum mixer

Noise temperature of a SIS quantum mixer has been calculated as function of local oscillator voltage and signal source conductance on the basis of a measured I–V characteristic. Applying Tucker's quantum theory of mixing /1/, it is shown that the SIS mixer is quantum noise limited. Using cryogenic intermediate frequency amplifier, receiver noise temperature of 20 K seems to be possible at mm wavelength.     

X波段低温低噪声放大器的研制

介绍了X波段低温低噪声放大器的设计和实验结果。该放大器采用HEMT器件三级级联,频率范围为8 500MHz~8 850 MHz,在环境温度大约20K的环境下,噪声温度小于11K,输入输出回波损耗小于-25dB,功耗小于25mW,0~40GHz内无条件稳定。     

High Doping Density Schottky Diodes in the 3MM Wavelength Cryogenic Heterodyne Receiver

The paper describes a 3mm cryogenic mixer receiver using high doping density (“room-temperature”) Schottky diodes. The measured equivalent noise temperature T_eq of the diodes is 109 K at 20 K, which is much higher than the T_eq of the low doping density (“cryogenic”) diodes. In spite of this, the double-sideband (DSB) noise temperature of the cryogenic receiver developed is 55 K at 110 GHz, owing to the low conversion loss of the mixer and ultra-low noise of the PHEMT IF amplifier. This is the lowest noise temperature ever reported for a Schottky diode mixer receiver. The results obtained are useful for the development of submm receivers in which high doping density Schottky diodes are used.     

S波段低温低噪声放大器技术研究

介绍了低温低噪声放大器使用的HEMT(高迁移率晶体管)器件噪声模型的建立,对HEMT用S参数和噪声参数讲行仿直,获取适合的模型.给出了实例,放大器在低温10K工作,增益≥30dB,噪声温度≤4K.     

Photonic-delay homodyne technology for low-phase noise measurement

The sensitivity of photonic-delay homodyne phase noise measurement system is improved by using high-linear photodetector and low-phase noise amplifier in this paper. The phase noise model for microwave link is proposed and the sensitivity of photonic-delay based measurement system is analyzed with this theory model. Results show that phase noise sensitivity in this measurement system is −130 dBc/Hz at 1 kHz and −145 dBc/Hz at 10 kHz, and in my knowledge it is the highest sensitivity for photonic-delay homodyne technology without cross correlation.