CN115274211A - 用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线及制备方法,采用BaKFeAs铁基超导带制备微带线或带状线,提供了一种具有跨温区互联功能的低温超导柔性传输线,能够实现mK温区至18K温区的互联,传输信号支持数十GHz;能够制备数十cm长度的传输线,且占有空间小、柔韧性好、漏热小、集成度高,适用于极低温的跨温区互联。
Description
技术领域
本发明涉及信号传输技术领域,特别是涉及一种用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线及制备方法。
背景技术
以低温与室温的微弱、高频电信号传输为核心的跨温区互联技术是超导计算技术和超导量子信息处理的关键技术之一。
当前主要采用低温超导材料Nb、NbTi制成的同轴线缆实现mK到4.2K温区的信号连接,具有损耗小,漏热小且支持数十GHz高频信号传输,使得其在4.2K温区以下发挥着重要的信号传输作用,但由于其工作温度低,只能将信号由低温传输到4.2K,在4.2K以上的温区则需要再采用漏热较大的低温同轴线传输直至室温。但由于低温同轴线漏热较大,而制冷机在4.2K能提供的冷量较低,从而影响系统传输通道的数量。同时由于低温超导同轴传输线采用SMA接头,导致其集成度较低,而同样的制冷机能够在18K提供较4.2K数倍的冷量,如果能够将mK温区的高频信号采用高温超导材料制备的微波传输线传输至18K温区,在同样的制冷机系统中将大大提升系统传输通道数。
因此,提供一种用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线及制备方法,实属必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线及制备方法,用于解决现有技术中传输线难以满足跨温区互联需求的问题。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线的制备方法,包括以下步骤:
S1:提供BaKFeAs铁基超导带,切割所述BaKFeAs铁基超导带形成BaKFeAs铁基超导三明治结构,所述BaKFeAs铁基超导三明治结构的上下层为银层,中间层为BaKFeAs超导层;
S2:对所述BaKFeAs铁基超导三明治结构进行加热,并将所述银层与所述BaKFeAs超导层剥离获得BaKFeAs超导带;
S3:切割所述BaKFeAs超导带以获得BaKFeAs导体,并将所述BaKFeAs导体与中间介质层热压结合制备BaKFeAs铁基超导传输线。
根据权利要求1所述的用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线的制备方法,其特征在于,当步骤S3中制备的所述BaKFeAs铁基超导传输线为BaKFeAs铁基超导微带线时,制备步骤包括:
切割所述BaKFeAs超导带以分别获得BaKFeAs上导体及BaKFeAs下导体;
采用热压法将所述BaKFeAs上导体和所述BaKFeAs下导体分别粘附在所述中间介质层的相对两面。
可选地,当步骤S3中制备的所述BaKFeAs铁基超导传输线为BaKFeAs铁基超导带状线时,制备步骤包括:
切割所述BaKFeAs超导带以分别获得BaKFeAs上导体、BaKFeAs下导体及BaKFeAs中间导体;
采用热压法,将所述BaKFeAs上导体粘附在所述中间介质层的一面上形成第一复合结构,及将所述BaKFeAs下导体粘附在另一所述中间介质层的一面上形成第二复合结构;
采用热压法,将所述BaKFeAs中间导体粘附在所述第一复合结构及所述第二复合结构之间,且所述BaKFeAs中间导体的相对两面均与所述中间介质层相接触。
可选地,还包括在所述BaKFeAs铁基超导传输线的两端安装接头的步骤,其中,所述接头包括SMA接头,安装方法包括焊接。
可选地,所述中间介质层包括PI中间介质层及LCP中间介质层中的一种或组合。
可选地,步骤S1中切割所述BaKFeAs铁基超导带及步骤S3中切割所述BaKFeAs超导带的方法包括激光切割法。
可选地,步骤S2中进行加热处理的温度包括150℃-200℃。
可选地,所述BaKFeAs导体的长度大于5cm。
可选地,所述BaKFeAs铁基超导传输线包括应用于mK温区至18K温区的互联,其中,传输信号支持GHz量级的高频信号传输。
本发明还提供一种用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线,所述铁基超导传输线包括:中间介质层及与所述中间介质层相接触的BaKFeAs导体。
可选地,所述铁基超导传输线包括微带线或带状线;所述中间介质层包括PI中间介质层及LCP中间介质层中的一种或组合。
如上所述,本发明的用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线及制备方法,采用BaKFeAs铁基超导带制备微带线或带状线,提供了一种具有跨温区互联功能的低温超导柔性传输线,能够实现mK温区至18K温区的互联,传输信号支持数十GHz;能够制备数十cm长度的传输线,且占有空间小、柔韧性好、漏热小、集成度高,适用于极低温的跨温区互联。
附图说明
图1显示为本发明实施例中制备用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线的工艺流程图。
图2显示为本发明实施例中BaKFeAs铁基超导带的结构示意图。
图3显示为本发明实施例中形成的BaKFeAs铁基超导三明治结构的结构示意图。
图4显示为本发明实施例中对BaKFeAs铁基超导三明治结构进行加热及剥离时的结构示意图。
图5显示为本发明实施例中制备的BaKFeAs铁基超导微带线的结构示意图。
图6显示为本发明实施例中制备的BaKFeAs铁基超导微带线的S参数仿真曲线图。
图7显示为本发明实施例中制备的BaKFeAs铁基超导带状线的结构示意图。
图8显示为本发明实施例中制备的BaKFeAs铁基超导带状线的S参数仿真曲线图。
元件标号说明
101 银层
102 BaKFeAs超导层
100 中间介质层
201 BaKFeAs上导体
202 BaKFeAs下导体
203 BaKFeAs中间导体
S1~S3 步骤
具体实施方式
现有的高温超导体钇钡铜氧(YBCO)超导材料,其转变温度高,生长在金属基带上,但将超导部分从金属基带剥离非常困难,通常采用复杂的电磁加热才能将超导部分剥离,加工过程较为困难。而铁基超导材料BaKFeAs临界转变温度在38K,采用铁基高温超导材料制备微波信号传输线既能发挥超导传输线损耗小,漏热小,且可支持十GHz高频信号传输的优点,又能够将信号传输至18K相对较高的温区,从而在制冷机冷量有限的条件下可提供更多的信号传输通道,满足超导计算技术和超导量子信息处理系统对信号跨温区传输的多通道需求。
本申请采用BaKFeAs铁基超导带制备微带线和带状线,具有占有空间小,柔韧性好,集成度高和漏热小的特点,且能够实现mK温区至18K温区的互联,传输信号支持数十GHz,适用于极低温的跨温区互联。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
如在详述本发明实施例时,为便于说明,表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本发明保护的范围。此外,在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述,此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到,这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外,当一层被称为在两层“之间”时,它可以是所述两层之间仅有的层,或者也可以存在一个或多个介于其间的层。其中,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
此处可能使用诸如“介于……之间”,该表达表示包括两端点值,以及可能使用诸如“多个”,该表达表示两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示,本实施例提供一种用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线的制备方法,包括以下步骤:
S1:提供BaKFeAs铁基超导带,切割所述BaKFeAs铁基超导带形成BaKFeAs铁基超导三明治结构,所述BaKFeAs铁基超导三明治结构的上下层为银层,中间层为BaKFeAs超导层;
S2:对所述BaKFeAs铁基超导三明治结构进行加热,并将所述银层与所述BaKFeAs超导层剥离获得BaKFeAs超导带;
S3:切割所述BaKFeAs超导带以获得BaKFeAs导体,并将所述BaKFeAs导体与中间介质层热压结合制备BaKFeAs铁基超导传输线。
具体的,如图2及图3,所述BaKFeAs铁基超导带由外包套银层101和BaKFeAs超导层102构成。在制备所述BaKFeAs铁基超导传输线时,如微带线和带状线,需要将所述BaKFeAs超导层102与所述银层101剥离,只留下所述BaKFeAs超导层102,形成所述BaKFeAs超导层102的步骤可包括:
第一步,如图2所示,沿虚线切割所述BaKFeAs铁基超导带,本实施例中,切割法采用激光切割,但切割方法并非局限于此,将所述BaKFeAs铁基超导带的两侧切割掉后可获得如图3所示的关于所述BaKFeAs铁基超导带的横截面,即获得BaKFeAs铁基超导三明治结构,上下层为所述银层101,中间层为所述BaKFeAs超导层102的三明治结构。
其中,由于所述BaKFeAs铁基超导带制备过程中采用压制和高温烧结,因此所述银层101与所述BaKFeAs超导层102有非常强的结合力,而且所述BaKFeAs超导层102属于陶瓷材料,不能直接剥离,更不能得到长度大于5cm,乃至10cm以上长度的所述BaKFeAs超导层102。本实施例中,则可制备长度大于5cm乃至数十cm长度的传输线,且占有空间小、柔韧性好、漏热小、集成度高,且能够实现mK温区至18K温区的互联,传输信号支持数十GHz,适用于极低温的跨温区互联。
第二步,如图4,将激光切割后的所述BaKFeAs铁基超导带放置在热台上使其均匀加热,加热温度设置在150℃-200℃,如150℃、180℃、200℃等,用镊子等将所述BaKFeAs铁基超导三明治结构的所述银层101与所述BaKFeAs超导层102慢慢分离,分离过程如图4所示,其中,采用加热法可获得10cm以上的BaKFeAs超导带。
第三步,如图5及图7,利用剥离得到的所述BaKFeAs超导带进行切割,如激光切割,以获得BaKFeAs导体,如根据需要切割获得不同尺寸需求的所述BaKFeAs导体,包括BaKFeAs上导体201、BaKFeAs下导体202、BaKFeAs中间导体203,并将所述BaKFeAs导体与中间介质层100热压结合制备BaKFeAs铁基超导传输线,如加工成如图5中的微带线和如图7中的带状线。其中,所述中间介质层100可包括如PI(聚酰亚胺)中间介质层及LCP(液晶聚合物)中间介质层中的一种或组合,具体可根据需要进行选择。
其中,制备所述微带线可包括步骤:
切割所述BaKFeAs超导带以分别获得BaKFeAs上导体201及BaKFeAs下导体202;
采用热压法将所述BaKFeAs上导体201和所述BaKFeAs下导体202分别粘附在所述中间介质层100的相对两面。
如图5示意了本实施中制备所述微带线的结构示意图,本实施例,将获得的所述BaKFeAs超导带按照仿真结果采用激光切割法切割宽度为0.1mm和1mm的窄条以分别作为所述微带线的所述BaKFeAs上导体201及所述BaKFeAs下导体202。接着,将得到的所述BaKFeAs上导体201及所述BaKFeAs下导体202采用热压的方法使其粘附在材质为PI的所述中间介质层100上。最后,在制作好的所述微带线的两端焊接接头,本实施例采用SMA接头,但并非局限于此,以完成所述微带线的工艺制备。
图6示意了制备的BaKFeAs微带线的S参数仿真曲线。其中,线长为10cm,线宽为1mm,接头为SMA-SMA。顶层和底层为厚度0.02mm的BaKFeAs导体,顶层BaKFeAs导体宽度为0.1mm,底层BaKFeAs导体宽度为1mm,中间介质层为厚度0.05mm的PI介质层。
关于所述BaKFeAs微带线的具体尺寸及中间介质层的材质可根据需要进行选择,并非局限于此,此处不作过分限制。
其中,制备所述带状线可包括步骤:
切割所述BaKFeAs超导带以分别获得所述BaKFeAs上导体201、BaKFeAs下导体202及BaKFeAs中间导体203;
采用热压法,将所述BaKFeAs上导体201粘附在所述中间介质层100的一面上形成第一复合结构,及将所述BaKFeAs下导体202粘附在另一所述中间介质层100的一面上形成第二复合结构
采用热压法,将所述BaKFeAs中间导体203粘附在所述第一复合结构及所述第二复合结构之间,且所述BaKFeAs中间导体203的相对两面均与所述中间介质层100相接触。
如图7示意了本实施中制备所述带状线的结构示意图,本实施例,将获得的所述BaKFeAs超导带按照仿真结果采用激光切割法切割宽度为1mm窄条,以分别作为所述带状线的所述BaKFeAs上导体201及所述BaKFeAs下导体202。接着,将得到的所述BaKFeAs上导体201及所述BaKFeAs下导体202分别采用热压的方法使其粘附在材质为PI的所述中间介质层100上,以获得所述第一复合结构及所述第二复合结构。再将所述BaKFeAs超导带按照仿真结果采用激光切割法切割宽度为0.1mm窄条作为所述带状线的所述BaKFeAs中间导体203。然后,将所述BaKFeAs中间导体203与所述第一复合结构及所述第二复合结构进行组合热压构成如图7的结构。最后,在制作好的所述带状线的两端焊接接头,本实施例采用SMA接头,但并非局限于此,以完成所述微带线的工艺制备。
图8示意了制备的BaKFeAs带状线的S参数仿真曲线。其中,线长为10cm,线宽为1mm;接头为SMA-SMA。顶层和底层为厚度0.02mm的BaKFeAs导体,宽度均为1mm;中间导体为厚度0.02mm的BaKFeAs导体,宽度为0.1mm;中间介质层为厚度0.1mm的PI介质层。
关于所述BaKFeAs带状线的具体尺寸及中间介质层的材质可根据需要进行选择,并非局限于此,此处不作过分限制。
本实施例还提供了一种用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线,所述铁基超导传输线包括:中间介质层及与所述中间介质层相接触的BaKFeAs导体。
其中,所述铁基超导传输线可包括微带线或带状线;所述中间介质层包括PI中间介质层及LCP中间介质层中的一种或组合。
关于所述铁基超导传输线的制备可参阅上述制备方法,但并非局限于此。本实施例中,关于所述铁基超导传输线的结构、具体尺寸、材质、制备均可参阅上述制备方法,此处不作赘述。
综上所述,本发明的用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线及制备方法,采用BaKFeAs铁基超导带制备微带线或带状线,提供了一种具有跨温区互联功能的低温超导柔性传输线,能够实现mK温区至18K温区的互联,传输信号支持数十GHz;能够制备数十cm长度的传输线,且占有空间小、柔韧性好、漏热小、集成度高,适用于极低温的跨温区互联。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (11)
1.一种用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:提供BaKFeAs铁基超导带,切割所述BaKFeAs铁基超导带形成BaKFeAs铁基超导三明治结构,所述BaKFeAs铁基超导三明治结构的上下层为银层,中间层为BaKFeAs超导层;
S2:对所述BaKFeAs铁基超导三明治结构进行加热,并将所述银层与所述BaKFeAs超导层剥离获得BaKFeAs超导带;
S3:切割所述BaKFeAs超导带以获得BaKFeAs导体,并将所述BaKFeAs导体与中间介质层热压结合制备BaKFeAs铁基超导传输线。
2.根据权利要求1所述的用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线的制备方法,其特征在于,当步骤S3中制备的所述BaKFeAs铁基超导传输线为BaKFeAs铁基超导微带线时,制备步骤包括:
切割所述BaKFeAs超导带以分别获得BaKFeAs上导体及BaKFeAs下导体;
采用热压法将所述BaKFeAs上导体和所述BaKFeAs下导体分别粘附在所述中间介质层的相对两面。
3.根据权利要求1所述的用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线的制备方法,其特征在于,当步骤S3中制备的所述BaKFeAs铁基超导传输线为BaKFeAs铁基超导带状线时,制备步骤包括:
切割所述BaKFeAs超导带以分别获得BaKFeAs上导体、BaKFeAs下导体及BaKFeAs中间导体;
采用热压法,将所述BaKFeAs上导体粘附在所述中间介质层的一面上形成第一复合结构,及将所述BaKFeAs下导体粘附在另一所述中间介质层的一面上形成第二复合结构;采用热压法,将所述BaKFeAs中间导体粘附在所述第一复合结构及所述第二复合结构之间,且所述BaKFeAs中间导体的相对两面均与所述中间介质层相接触。
4.根据权利要求1所述的用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线的制备方法,其特征在于:还包括在所述BaKFeAs铁基超导传输线的两端安装接头的步骤,其中,所述接头包括SMA接头,安装方法包括焊接。
5.根据权利要求1所述的用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线的制备方法,其特征在于:所述中间介质层包括PI中间介质层及LCP中间介质层中的一种或组合。
6.根据权利要求1所述的用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线的制备方法,其特征在于:步骤S1中切割所述BaKFeAs铁基超导带及步骤S3中切割所述BaKFeAs超导带的方法包括激光切割法。
7.根据权利要求1所述的用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线的制备方法,其特征在于:步骤S2中进行加热处理的温度包括150℃-200℃。
8.根据权利要求1所述的用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线的制备方法,其特征在于:所述BaKFeAs导体的长度大于5cm。
9.根据权利要求1所述的用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线的制备方法,其特征在于:所述BaKFeAs铁基超导传输线包括应用于mK温区至18K温区的互联,其中,传输信号支持GHz量级的高频信号传输。
10.一种用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线,其特征在于,所述铁基超导传输线包括:中间介质层及与所述中间介质层相接触的BaKFeAs导体。
11.根据权利要求10所述的用于跨温区微波信号传输的铁基超导传输线,其特征在于:所述铁基超导传输线包括微带线或带状线;所述中间介质层包括PI中间介质层及LCP中间介质层中的一种或组合。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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