在電磁頻譜的最低端，可用於極高精度的電流比較儀、極低溫度的測溫技術、地磁與生物磁測量、引力波探測等。
基本介紹
- 中文名：超導器件
- 外文名：superconductive device
- 性質：用超導體製成的固態電子器件
- 作用：可完成電子技術中最基本的功能
簡介,超導隧道器件,超導量子干涉器件,可以製成的器件,
簡介
在頻譜的中段（射頻至微波），可用於功率和衰減的精密測量、超導穩頻腔、快速瞬態信號波形的精密測量、模擬－數字變換器、邏輯與存儲用積體電路等。超導器件的工作頻率一直可延伸到毫米波、紅外波段，並用於高靈敏度探測和接收、寬頻頻率綜合、雷射頻率下的精密測量、基礎研究等方面。超導器件的功耗低、集成度高，在靈敏度、精度、回響速率、分辨能力等方面一般比室溫下最優的其他同類器件至少高1～2個數量級。
超導器件的核心是超導隧道器件和超導量子干涉器件。
超導隧道器件
當兩塊超導體之間存在弱耦合構成結時，庫柏電子對可以穿越其間的勢壘層而形成隧道電流。因而，通過結區可以流過一定的直流電流，而器件兩端的電壓降為零；若電流超過某一臨界值（通常在10-3～10-6安的範圍內）,則器件兩端呈現一定的電壓降υ，流經結區的電流是高頻振盪的形式，頻率為2eυ/h(式中e為電子電荷，h為普朗克常數)。1963年上述結論為實驗證實。這種現象稱為約瑟夫遜效應，或電子對隧道效應。
若結區兩端的電壓超過超導體能隙所對應的值，則電場能量足以拆散庫柏電子對而形成準粒子。準粒子藉助隧道效應通過勢壘層的現象稱為準粒子隧道效應。習慣上把電子對隧道效應和準粒子隧道效應合稱超導隧道效應。利用這種原理製成的器件稱為超導隧道器件，有時也稱約瑟夫遜器件或約瑟夫遜結。上述器件按物理結構的不同，又可細分為隧道結、微橋結、點接解結等。
超導量子干涉器件
(SQUID) ①直流SQUID：相當於採用超導環路將兩個約瑟夫遜結並接起來，形成一種兩端器件。在端電壓降為零時,它所能通過的最大電流是穿過環路的磁通量的周期函式，周期φ0（等於2.07×10-15韋）稱為磁通量子。由於φ0很小，這種周期性的關係為測量磁通提供了極其精密的分度。②射頻SQUID:在這種結構中單個約瑟夫遜結為超導環路所短接，並將環路與射頻偏置的槽路耦合從而獲得電壓回響。根據環路的電感和結的臨界電流,可將射頻SQUID的工作情況區分為不同的模式。SQUID結構是精密電磁測量的基礎。
可以製成的器件
以超導隧道器件和SQUID為基本構件,可以製成檢測、放大、邏輯、存儲等器件。例如，將隧道結偏置在準粒子隧道效應伏安特性的非線性拐點附近，便成為檢測器，回響率已接近量子極限（每輸入一個光子即可產生一個電子）。目前研究工作集中於微波以上的頻率，但音頻下的回響率實際上與微波以上頻率相同。在放大功能方面，SQUID放大器最接近於通常電晶體放大器的作用,並可提供噪聲極低的功率增益。例如，將高靈敏度的直流SQUID與尺寸較大的但電感量極低的輸入線圈緊耦合,利用輸入信號對SQUID的臨界電流作磁調製,便可達到這一目的。但放大器的頻寬和動態範圍等尚須改進。在邏輯功能方面，已採用超導器件製成與門、或門、非門。超導邏輯電路具有功率低、開關延遲時間小等優點。在超導環路中接入SQUID,利用環路捕獲的磁通的量子化特性，可以製成隨機存儲器。這種存儲器的特點是，不進行讀出或寫入時器件內部功耗為零，而且是“永久性”的存儲，運轉速度極高（見超導性的微波套用）。
