分1994年齊正中教授與吳茂昆教授與中央研究院天文及天文研究所合作共同創立本實驗室，從事超導元件的基礎研究及發展。短期的目標為供應SIS混頻元件給中研院天文所次毫米波陣列天文望遠鏡計畫之接收機使用。長期的目標為成為提供超導元件給世界其他合作的研究單位的實驗室。目前實驗室由齊正中教授及中研院天文所王明杰副研究員共同領導。

　　 超導元件製程於2000年建置完成，現在已經有能力製作高品質的SIS結(SIS　junction)。過去幾年中，我們已經提供許多200GHz、300GHz、380GHz與600GHz頻段的混頻元件給次毫米波天線陣列。這些元件目前在夏威夷毛納基山上的接收系統內工作，其性能與次毫米波陣列另一個合作者(史密松天文台，美國波士頓)　所提供的相仿，甚至更好。 2007年底，實驗室搬遷至目前的無塵室中，如圖一所示，為了能製作設計更先進的元件，我們持續地更新或升級目前設備。SQUID元件與SIS混頻元件為實驗室目前研究的主軸，研究開發的元件有次毫米波陣列所需的500GHz混頻元件，ALMA第十頻段所需混頻元件，及掃描式探針系統所需的SQUID元件。當然，持續尋找其他新穎的超導元件是未來努力的方向。

圖一、元件製作的無塵室 左: 等級1000 的黃光室 右: 等級10000 的鍍膜及蝕刻製程實驗室

　　 本實驗室已建立以鈮超導體為基礎之元件製程，其中包含的主要設備有金屬濺鍍鍍膜及SIS穿隧障壁層成長系統、光罩對準機、絕緣層成長系統、電子槍薄膜蒸鍍系統、離子蝕刻機、基板磨薄機、晶片切割機及打線機等，部分重要設備參照圖二。製程的能力部分，最小製程圖樣為一微米直徑之圓形，SIS結的超導電流密度可以從300 A/cm2 到20 kA/cm2. 可以製作多層金屬接線設計，基板可磨到30微米的厚度，元件長寬尺寸準確性高於5 微米。為了提高製作奈米及高深寬比製程，未來將引進ICP-RIE 系統與離子研磨系統(ion milling system)，預計可大幅提升元件製程的能力。

圖二、鈮金屬超導元件之製程重要設備。從左至右：金屬濺鍍鍍膜及SIS穿隧障壁層成長系統，絕緣層成長系統，電子槍薄膜蒸鍍系統，晶片切割機

　　圖三到圖六展示本實驗室的重要成果，圖三為製程中SIS結超導電流密度與曝氧量的關係圖；圖四為SINIS特殊結構的電流-電壓特性圖，此類結構類似SNS結，但可提供較高的超導電流；圖四為典型的次毫米波混頻元件，此元件的工作頻率為600GHz到700GHz，其等效噪音溫度大約120K，與世界上最好的次毫米波混頻元件相當。圖五為位掃瞄是探針系統所設計製作的SQUID元件，此圖為靠近SIS結附近的線路結構，在沒有磁場輸入下，磁場解析度大約在5個微磁通量子(5×10-6 F0)，已接近最好的實用SQUID的數值 。

圖五、600GHz頻段的SIS超導混頻元件 圖六、SQUID在SIS結附近的線路