[發明專利]一種約瑟夫森結及超導量子干涉器件的制備方法

有效

• 申請號: 202010066840.3
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111244259B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 伍文濤;梁恬恬;張國峰;應利良;王永良;高波;彭煒;王鎮
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H10N60/01
• 分類號: H10N60/01;H10N60/80;H10N60/12
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;賈允

1.一種約瑟夫森結的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

獲取襯底；

在所述襯底上依次制備第一超導薄膜層、絕緣層和第二超導薄膜層；

采用曝光顯影結合刻蝕技術對所述第二超導薄膜層的第一區域進行刻蝕處理，形成第一約瑟夫森結區；

采用曝光顯影結合刻蝕技術對所述第二超導薄膜層的第二區域進行刻蝕處理，于所述第一區域和所述第二區域的重疊部分形成第二約瑟夫森結區，所述第二約瑟夫森結區為兩次刻蝕重疊的部分；

所述第二約瑟夫森結區的尺寸能夠通過調整所述襯底的位置或調整校準片的位置調整為A*A微米,其中A的范圍為0.1-1微米。

2.根據權利要求1所述的約瑟夫森結的制備方法，其特征在于，所述第一超導薄膜層、所述絕緣層和所述第二超導薄膜層構成的結構包括Nb/Al-AlOx/Nb結構、NbN/Al-AlOx/NbN結構或NbN/AlN/NbN結構中的任意一種。

3.根據權利要求1所述的約瑟夫森結的制備方法，其特征在于，所述刻蝕技術包括反應離子腐蝕技術、離子束刻蝕技術、剝離技術或化學刻蝕技術中的任意一種。

4.一種超導量子干涉器件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

獲取襯底；

于所述襯底上制備金屬電阻層；

于所述金屬電阻層上制備第一絕緣層，采用曝光顯影結合刻蝕技術在所述絕緣層上制備形成過孔；

于所述第一絕緣層上依次制備第一超導薄膜層、第二絕緣層和第二超導薄膜層，形成約瑟夫森結；采用曝光顯影結合刻蝕技術對所述第二超導薄膜層的第一區域進行刻蝕處理，形成第一約瑟夫森結區；

采用曝光顯影結合刻蝕技術對所述第二超導薄膜層的第二區域進行刻蝕處理，于所述第一區域和所述第二區域的重疊部分形成第二約瑟夫森結區，所述第二約瑟夫森結區為兩次刻蝕重疊的部分；所述第二約瑟夫森結區的尺寸能夠通過調整所述襯底的位置或調整校準片的位置調整為A*A微米,其中A的范圍為0.1-1微米；

采用曝光顯影結合刻蝕技術對所述第二絕緣層進行刻蝕處理；

采用曝光顯影結合刻蝕技術對所述第一超導薄膜層進行刻蝕處理，形成墊圈和引線結構；

于所述第二超導薄膜層上沉積第三絕緣層，采用化學機械拋光工藝對所述第三絕緣層進行處理，引出所述約瑟夫森結的頂電極；

采用刻蝕技術在所述第三絕緣層上制備形成過孔，所述過孔用于連接所述金屬電阻層；

于所述第三絕緣層上沉積第三超導薄膜層，對所述第三超導薄膜層進行刻蝕處理制備形成輸入線圈、反饋線圈、配線層和引線管腳。

5.根據權利要求4所述的超導量子干涉器件的制備方法，其特征在于，所述第一超導薄膜層、所述第二絕緣層和所述第二超導薄膜層構成的結構包括Nb/Al-AlOx/Nb結構、NbN/Al-AlOx/NbN結構或NbN/AlN/NbN結構中的任意一種。

6.根據權利要求4所述的超導量子干涉器件的制備方法，其特征在于，所述刻蝕技術包括反應離子腐蝕技術、離子束刻蝕技術、剝離技術或化學刻蝕技術中的任意一種。

7.根據權利要求4所述的超導量子干涉器件的制備方法，其特征在于，所述襯底包括Si/SiO2襯底、MgO3襯底或Al2O3襯底中的任意一種。

8.根據權利要求4所述的超導量子干涉器件的制備方法，其特征在于，所述金屬電阻層包括Mo層、TiPd層或TiAuPd層中的任意一種。

9.根據權利要求4所述的超導量子干涉器件的制備方法，其特征在于，所述第一絕緣層包括SiO2層、SiO層或MgO層中的任意一種；

所述第三絕緣層包括SiO2層、SiO層或MgO層中的任意一種。

10.根據權利要求4所述的超導量子干涉器件的制備方法，其特征在于，所述采用化學機械拋光工藝對所述第三絕緣層進行處理，引出約瑟夫森結的頂電極；具體包括：

采用化學機械拋光工藝對所述第三絕緣層進行處理直接引出所述約瑟夫森結的頂電極；

或；

通過化學機械拋光工藝將所述第三絕緣層的上表面處理平整；通過刻蝕技術開孔引出所述約瑟夫森結的頂電極。