Comparison of methods for calculating superconducting integrated structures using semi-analytical calculations and in three-dimensional numerical modeling programs

F. V. Khan; Хан Ф. В.; A. A. Atepalikhin; Атепалихин А. А.; L. V. Filippenko; Филиппенко Л. В.; V. P. Koshelets; Кошелец В. П.

doi:10.31857/S0033849423090115

Сравнение методов расчета сверхпроводниковых интегральных структур с помощью полуаналитического расчета и в программах численного трехмерного моделирования

Авторы: Хан Ф.В.¹^,2, Атепалихин А.А.¹^,2, Филиппенко Л.В.¹, Кошелец В.П.¹
Учреждения:
1. Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН
2. Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)
Выпуск: Том 68, № 9 (2023)
Страницы: 897-903
Раздел: К 70-ЛЕТИЮ ИРЭ ИМ. В.А. КОТЕЛЬНИКОВА РАН
URL: https://bakhtiniada.ru/0033-8494/article/view/138416
DOI: https://doi.org/10.31857/S0033849423090115
EDN: https://elibrary.ru/SBYWUN
ID: 138416

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Проведено моделирование сверхпроводниковых интегральных структур в частотном диапазоне 300…750 ГГц двумя методами: 1) с помощью ABCD-матриц, сопоставляемых каждому элементу схемы, 2) с использованием программы Ansys HFSS. Значения поверхностного импеданса сверхпроводящих пленок рассчитаны численно с помощью выражений из теории Маттиса–Бардина. Найдено, что для образцов с шириной микрополосковых линий менее четверти длины волны обе модели находятся в качественном соответствии друг с другом и с экспериментальными данными. Показано, что при увеличении ширины линий и геометрических размеров других элементов структуры возникают поперечные моды, а также искривление волнового фронта распространяющихся по линиям волн, что обусловливает различия между полуаналитическим и численным расчетом, который совпадает с экспериментом для всех образцов.

Ключевые слова

surface impedance values of superconducting films, Matthies–Bardeen theory

Список литературы

Kojima T., Kroug M., Takeda M. et al. // Appl. Phys. Express 2009. V. 2. № 10. P. 102201. https://doi.org/10.1143/APEX.2.102201
De Lange G., Birk M., Boersma D. et al. // Superconductor Sci. Technol. 2010. V. 23. № 4. P. 045016. https://doi.org/10.1088/0953-2048/23/4/045016
Billade B., Pavolotsky A., Belitsky V. // IEEE Trans. 2013. V. TST-3. № 4. P. 416. https://doi.org/10.1109/TTHZ.2013.2255734
Шмидт В.В. Введение в физику сверхпроводников М.: МЦНМО, 2000.
Baksheeva K.A., Ozhegov R.V., Goltsman G.N. et al. // IEEE Trans. 2021. V. TST-11. № 4. P. 381. https://doi.org/10.1109/TTHZ.2021.3066099
Kinev N.V., Rudakov K.I., Filippenko L.V., Koshelets V.P. et al. // Phys. Solid State. 2021. V. 63. P. 1414. https://doi.org/10.1134/S1063783421090171
Barychev A.M. Superconductor–Insulator–Superconductor THz Mixer Integrated with a Superconducting Flux-Flow Oscillator. PhD thesis, Delft: Delft Univ. Technol, 2005. 144 p.
Водзяновский Я.О., Худченко А.В., Кошелец В.П. // ФТТ. 2022. Т. 64. № 10. С. 1385.
Фуско В. СВЧ цепи. М.: Радио и связь, 1990.
Frickey D.A. // IEEE Trans. 1994. V. MTT-42. № 2. P. 205. https://doi.org/10.1109/22.275248
Шевченко М.С., Филиппенко Л.В., Киселев О.С., Кошелец В.П. // ФТТ. 2022. Т. 64. № 9. С. 1223.
Koshelets V.P., Shitov S.V., Filippenko L.V. et al. // Superconducting Sci. Technol. 2004. V. 17. № 127. https://doi.org/10.1088/0953-2048/17/5/007
Koshelets V.P., Shitov S.V. // Superconductor Sci. Technol. 2000. V. 13. № 5. P. 53. https://doi.org/10.1088/0953-2048/13/5/201
Tucker J.R., Feldman M.J. // Rev. Mod. Phys. 1985. V. 57. № 4. P. 1055. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.57.1055
Filippenko L.V., Shitov S.V., Dmitriev P.N. et al. // IEEE Trans. 2001. V. TAS-11. № 1. P. 816. https://doi.org/10.1109/77.919469
Fominsky M.Yu., Filippenko L.V., Chekushkin A.M. et al. // Electronic. 2021. V. 10. № 23. P. 2944. https://doi.org/10.3390/electronics10232944
Tolpygo S.K., Bolkhovky V., Weir T.J. et al. // IEEE Trans. 2014. V. TAS-25. № 3. P. 1. https://doi.org/10.1109/TASC.2014.2369213
Атепалихин А.А., Хан Ф.В., Филиппенко Л.В., Кошелец В.П. // ФТТ. 2022. Т. 64. № 10. С. 1378. https://doi.org/10.21883/PSS.2022.10.54219.41HH
Шитов С.В. Интегральные устройства на сверхпроводниковых туннельных переходах для приемников миллиметровых и субмиллиметровых волн. Дис. … д-ра физ.-мат. наук. М.: ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, 2003. 428 с.
Yassin G., Withington S. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1995. V. 28. № 9. P. 1983. https://doi.org/10.1088/0022-3727/28/9/028
Swihart J.C. // J. Appl. Phys. 1961. V. 32. № 3. P. 461. https://doi.org/10.1063/1.1736025
Mattis D.C., Bardeen J. // Phys. Rev. 1958. V. 111. № 2. P. 412. https://doi.org/10.1103/PhysRev.111.412
Zimmermann W., Brandt E.H., Bauer M. et al. // Physica C: Superconductivity. 1991. V. 183. № 1–3. P. 99. https://doi.org/10.1016/0921-4534(91)90771-P
Pöpel R. // J. Appl. Phys. 1989. V. 66. № 12. P. 5950. https://doi.org/10.1063/1.343622
Nam S.B. // Phys. Rev. 1967. V. 156. № 2. P. 470. https://doi.org/10.1103/PhysRev.156.470
Банков С.Е., Курушин А.А., Разевиг В.Д. // Анализ и оптимизация СВЧ-структур с помощью HFSS. Учеб. пособие. М.: СОЛОН-Пресс, 2005.
Kerr A.R., Pan S.K. // Int. J. Infrared and Millimeter Waves. 1990. V. 11. № 10. P. 1169. https://doi.org/10.1007/BF01014738
Belitsky V., Risacher C., Pantaleev M., Vassilev V. // Int. J. Infrared and Millimeter Waves. 2006. V. 27. № 1. P. 809. https://doi.org/10.1007/s10762-006-9116-5