全电流超导隧道结电子模拟器

本文描述的电子模拟器完整地模拟了超导隧道结中的各项隧道电流,它包含了频率、温度和超导能隙的影响,并考虑了非线性准粒子电阻和电抗项的作用.论文简述了电子模拟器的基本原理、电路,给出了恒压源与恒流源两种偏置条件下的直流与交流 I-V 特性,还得到了上述两种偏置条件下的约瑟夫逊台阶及光子辅助的准粒子隧道效应台阶等高频行为.     

300GHz超导SIS接收机系统的设计与构建

超导SIS(Superconductor-Insulator-Superconductor)混频技术是新兴的低噪声检测技术.其卓越的低噪声性能已使其成为毫米波和亚毫米波频段灵敏度最高的谱线接收设备,接收机的自动控制和稳定性有更高的要求,研制能够长期稳定工作的接收机有很重要的意义.本文主要讨论了我们自行研究设计工作在4K温度,准光学系统的毫米波超导SIS接收机的组成部件,根据我们制备的超导SIS隧道结器件的特性指标,计算设计了300GHz波段的超导接收机天线和结的集成芯片.     

PM-OLED带恒流源的驱动电路

一种带恒流源的驱动电路,能实现对小尺寸OLED屏(30 mm×38 mm)的驱动,该屏分辨率为64×56。OLED属电流型器件,对该屏采用恒流源驱动,即在每一列电极上接一个恒流源,只要保证流过每个OLED像素的电流为一常数,就能保证其亮度一致。从而可消除因ITO阳极电阻压降所引起的显示亮度不均匀性问题。其中恒流源的设计是整个驱动电路设计的重点。采用的晶体管恒流源,以晶体三极管为主要组成器件,同时采用一定的温度补偿和稳压措施,通过计算分析和实验测试改进完成设计。该恒流源驱动电路的设计较为简单、成本低、而且易于集成,在改进PM-OLED驱动电路方面作了相应的尝试。     

T=0.72Tc全电流超导隧道结电子模拟器

本描述了电子模拟器模拟了工作温度Ｔ＝０．７２Ｔｃ时超导隧道电流，它不仅包含了频率，能隙以及非线性准粒子隧道电流中电阻和电抗项的作用，还考虑了非零温度的影响。给出了恒压源与恒流源偏置条件下的直流与交流Ｉ－Ｖ特性，还给出了上述两种偏置条件下约瑟夫孙台阶及光子辅助的准粒子台阶与外加交流电压及频率间关系。     

多个Josephson结性能测试系统与实验验证

在器件制备过程中,超导量子干涉器件(SQUID)和Josephson结的性能测试是非常重要是一个环节.设计一个合理高效的测试方法对于提高测试效率及可靠性非常必要.本文采用多路复用技术,设计了8通道测试电路,减小了电路面积及所需测试箱体积,降低了液氦使用成本并极大提高了测试一致性.本文对测试箱、器件放置及测试杆连接等进行了设计,成功搭建了一套多个Josephson结测试的系统,并根据常温验证的测试结果对电路进行了优化处理.最后,对多个结进行低温测试验证了该测试系统的可行性与优越性.     

超导隧道结的唯象理论

对SIS系统,在超导部分使用TDGL方程,在势垒两侧使用唯象边界条件,在V→0时,SIS系统的解完全可以基于微扰方法来求得.这样获得的cosθ项前面的系数,其符号和大小与实验结果相一致,但是应伴随条件:电流源必须是与时间有关的.PFL实验正是在上述条件下进行的.在恒流源情形下,我们的计算表明,与随时间变化的电流源情况相比,cosθ项前面的系数不但符号相反而且其大小和电容成正比.因此,如果忽略隧道结的电容,在恒流源情形下,cosθ项是不出现的.     

一种通过约瑟夫森结非线性频率响应确定微波耗散的方法

通过对电流偏置超导约瑟夫森结的微波驱动行为的研究,提出了一个确定约瑟夫森结微波耗散的方法.结的微波耗散由它的品质因子描述.微波耗散严重影响约瑟夫森器件如参量放大器、超导量子比特等的性能.对电流偏置的约瑟夫森结势阱采用四阶近似后,可以得到在较强微波驱动下约瑟夫森结非线性微波响应方程.该方程定量描述了非线性共振频率随外加微波功率变化关系:非线性共振频率与结等离子频率的差别依赖于约瑟夫森结的微波品质因子.对电流偏置的约瑟夫森结的微波运动行为进行了数值模拟.模拟结果确证了微波品质因子与非线性共振频率-等离子频率差别的定量关系可以应用于约瑟夫森结中.用这种非线性频率响应方法来确定约瑟夫森结的微波耗散没有严格的温度要求,可在单个电流偏置的结中完成,实验上具有简单可靠性.     

利用倾斜角度蒸发法制备Al/Al_2O_3/Al超导隧道结

利用电子束曝光法对双层光刻胶进行曝光来制备悬空掩模结构,在此基础上利用电子束蒸发系统采用倾斜角度蒸发法制备铝超导薄膜,采用热氧化法在底层铝膜表面形成氧化铝作为势垒层,制备出铝SIS超导隧道结,并在360mK的情况下对铝结进行了Ⅰ～Ⅴ特性的初步测量.铝隧道结的成功制备为下一步构建超导量子比特器件,研究其量子特性奠定了良好的基础.     

SIS结参量放大器的研究

我们对基于SIS结中准粒子隧道效应的4光子反射型参量放大器进行了一些计算,结果表明其自电导G_(55)并不总是可以忽略的。在此情况下,我们详细地讨论了其最佳偏置条件、增益的稳定性和对微波电路的要求等。这些结果有利于我们设计实际的微波参放系统。     

500GHz超导SIS混频器的设计

超导SIS(Superconductor-Insulator-Superconductor)混频技术是新兴的低噪声检测技术,其卓越的低噪声性能使其成为太赫兹波段理想的接收技术之一.如何提高太赫兹波和SIS超导结之间的信号耦合是设计超导SIS混频器的一个关键问题.本文依据准光耦合技术,研究了两种改善两者间信号的耦合方法:一是设计工作于500GHz波段的对数周期天线,二是设计微带阻抗变换器以实现对数周期天线和SIS超导结之间的阻抗匹配.     

Enhancement of Resonant Activation by Constant Bias Current for Superconducting Junction

We consider a superconducting(Josephson) junction driven by the thermal noise with an ac drive current and a dc constant bias current in the overdamped case and in the underdamped case,respectively,and investigate the effect of the constant bias current on the evolution of the net voltage versus the driving frequency.It is shown that,with some suitably selected values of the system's parameters,suitably increasing the absolute value of the constant bias current can lead to the enhancement of resonant activation of the net voltage versus the driving frequency.This result can benefit the investigation for the Josephson junction subjected to the constant bias current(or voltage).     

Low noise submillimeter SIS receiver with niobium nitride quasiparticle tunnel junctions

We have developed and tested a submillimeter waveguide SIS mixer with NbN-MgO-NbN quasiparticle tunnel junctions. The two junction array is integrated in a full NbN printed circuit. The NbN film critical temperature is 15 K and the junction gap voltage is 5 mV. The size of the junctions is 1.4 × 1.4 µm and Josephson critical current density is about 1.5 KA/cm² resulting in junction R_NC product about 40. The inductive tuning circuit in NbN is integrated with each junction in two junction array. A single non contacting backshort was tuned at each frequency in the mixer block.At 306 GHz the minimum DSB receiver noise temperature is as low as 230 K. The sources of the receiver noise and of the limits of the NbN SIS submillimeter mixer improvement are discussed.     

GaN发光二极管表观电容极值分析

利用正向交流(ac)小信号方法对GaN发光二极管的电容-电压特性进行测量,可以观察到GaN发光二极管中的负电容现象。正向偏压越大,测试频率越低,负电容现象越明显。测量到的负电容现象是表象,不存在负电容;提出GaN发光二极管p-n结的结电容在特定的正向电压范围内等效于可变电容。分析可变电容对正向交流小信号响应得到:特定参数的可变电容使结电容电流相位落后于交流小信号电压相位π/2,使得在测量中表现为负电容。发现表观电容-正向电压曲线的极值点与理论模型相吻合,证明了该理论模型的正确性。     

GaN发光二极管表观电阻极值分析

利用正向交流(ac)小信号方法对GaN发光二极管的电容-电压特性进行测量,可以观察到GaN发光二极管中的负电容现象。利用LED串联等效电路对表观电容和表观电阻进行了测量,表观电阻-正向电压曲线出现了一个极值点。通过对相关文献分析,提出负电容现象的根本原因是在较高的正偏下微分电容dQ/dU<0;推论出pn结的微分电容先随正向偏压的增大而急剧增大,当出现复合发光后随正向偏压的增大而减小,直到随正向偏压的增大而出现负值;正向偏置电压较大时,结电导电流的变化率根据I-V特性曲线取极大值,此时微分电容由于强复合效应已快速变小,表观电阻有极大值;得到了表观电阻极大值表达式。表观电阻与正向电压曲线的极值点与理论模型相吻合,证明了该理论模型的正确性。     

HL80型低纹波系数大电流程控恒流源研制

HL80型大功率恒流源采用闭环实时串联线性调整技术实现输出电流的恒流控制,应用三相交流调压模块调控电源变压器的初级电压,以可编程控制器与触摸屏配合实现图形化的交互式操作界面,采用以太网构成通讯控制网络。当负载在2.0~3.0Ω之间变化且输出电流在20~80 A之间变化时,HL80型恒流源的调整管压降可控制在(8±2)V范围内,输出电流稳定度优于0.12%,纹波系数优于0.11%。样机实现万次拷机实验无故障。     

Mode selection in a neuron driven by Josephson junction current in presence of magnetic field

Josephson junction is an active electric component and its channel current can be adjusted by external magnetic field, which can trigger additive phase error along the junction. From physical viewpoint, the Josephson junction can capture and release field energy when it is exposed to a magnetic field, and this time-varying current can be used to excite neural circuit for generating target firing patterns. In this paper, a Josephson junction is connected to a simple neural circuit, which is made of a capacitor, induction coil, a nonlinear resistor, two linear resistors and one constant voltage source in the branch, and the improved neural circuit is adjusted to percept external magnetic field and estimate the potential application of Josephson junction in nonlinear circuits. Bifurcation analysis is applied to explore the mode selection and dynamics dependence on parameters setting in the biophysical neural circuits. Furthermore, the neural circuit is exposed to external magnetic field and its physical effect is estimated by applying scale transformation on the variables and parameters in the neural circuit. It is confirmed that the neural circuit can be controlled and the neural activity shows distinct mode transition by taming the intensity (or angular frequency in periodic field) of external magnetic field. This kind of neural circuit can be further used as smart sensor for detecting weak magnetic field.     

A low-noise SIS receiver measured from 480 GHz to 650 GHz using Nb junctions with integrated RF tuning circuits

A heterodyne receiver using an SIS waveguide mixer with two mechanical tuners has been characterized from 480 GHz to 650 GHz. The mixer uses either a single 0.5 × 0.5 µm² Nb/AlO_x/Nb SIS tunnel junction or a series array of two 1 µm² Nb tunnel junctions. These junctions have a high current density, in the range 8 – 13 kA/cm². Superconductive RF circuits are employed to tune the junction capacitance. DSB receiver noise temperatures as low as 200 ± 17 K at 540 GHz, 271 K ± 22 K at 572 GHz and 362 ± 33 K at 626 GHz have been obtained with the single SIS junctions. The series arrays gave DSB receiver noise temperatures as low as 328 ± 26 K at 490 GHz and 336 ± 25 K at 545 GHz. A comparison of the performances of series arrays and single junctions is presented. In addition, negative differential resistance has been observed in the DC I–V curve near 490, 545 and 570 GHz. Correlations between the frequencies for minimum noise temperature, negative differential resistance, and tuning circuit resonances are found. A detailed model to calculate the properties of the tuning circuits is discussed, and the junction capacitance as well as the London penetration depth of niobium are determined by fitting the model to the measured circuit resonances.     

600 A重复频率脉冲恒流源研制北大核心CSCD

针对国内脉冲恒流源幅值较小、重复频率较低等问题,设计了基于电流闭环反馈控制的恒流电路,建立了相应的数学模型,并采用Pspice仿真验证了电路的功能,最终研制了1台600 A重复频率工作的脉冲恒流电源。电源采取储能放电配合高速开关的工作模式,使用功率场效应三极管作为线性调整开关,可大范围自动恒流,适用于激光二极管负载。输出的脉冲电流幅值最高600 A,上升时间小于40μs,电压幅值最高320 V,脉宽100~600μs可调,工作重复频率最高200 Hz。电源体积较小,结构紧凑,效率可达90%以上。     

正负双极性重复频率充电电源研制

针对紧凑型高功率脉冲驱动源的重复频率充电需求,开展了基于LC全桥串联谐振原理的恒流充电技术研究,并根据紧凑型Marx脉冲功率源的工作方式开展了电源关键参数设计,完成了一种正负双极性充电的紧凑型高压电源研制,实现20 ms内对单边等效负载电容为0.15μF的双极性Marx驱动源充电至±45 kV,平均充电功率大于15.5 kW。该电源采用单个高频高压变压器实现了正负双极性高电压同步输出;采用变压器、整流电路、隔离保护电路、电压检测电路一体化绝缘封装设计,既减小了装置体积又降低了高压绝缘风险;通过隔离保护、电磁屏蔽等设计有效解决了Marx发生器放电过程中瞬时高压信号对电源控制系统的干扰和损伤。     

基于自动跟踪LED驱动电压控制电路的创新设计

LED发光二极管在发光时约有80%以上的功率转化成了热能,导致LED发光二极管的PN结温度过高,这是影响LED发光二极管的发光效率与照明功能的主要因素。本文针对上述问题,结合现实情况,设计了一种自动跟踪LED驱动电压的控制电路,从串联稳流单元采样一个电压信号,与本控制电路中的基准电压相比较,产生一个控制信号,去控制所述串联稳流单元前级的开关稳压电源,使它的输出电压随LED灯的工作电压的变化而变化,不增加调整管的功耗。避免了常见的恒压驱动亮度变化大的缺陷,从而大幅度提高LED发光二极管的工作效率,该控制电路结构简单、成本低、损耗小与可靠性高。