[發明專利]一種平面超導納米橋結的制備方法

有效

• 申請號: 202010397024.0
• 申請日: 2020-05-12
• 公開（公告）號: CN111682096B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 應利良;張雪;任潔;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: H01L39/02
• 分類號: H01L39/02;H01L39/24;B82Y40/00;B82Y10/00
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所(普通合伙) 31233
• 代理人: 宋旭;黃志達

本發明涉及一種平面超導納米橋結的制備方法，在襯底表面進行光刻形成圖案，然后沉積金屬薄膜；利用離子束刻蝕金屬，金屬因反濺射現象沿著光刻膠形成側壁，去膠，即得納米橋，橋的寬度即為反濺射的金屬薄膜厚度，因此可以超越光刻極限；沉積超導薄膜、光刻，刻蝕形成橋兩端的電極，即得。本發明具有低成本，易集成，高精度等優勢。

技術領域

本發明屬于約瑟夫森結的制備領域，特別涉及一種平面超導納米橋結的制備方法。

背景技術

超導電路包括超導量子干涉器(SQUID)，單磁通量子器件(SFQ)等應用超導約瑟夫森結的電路。

在量子力學的概念里，當兩塊金屬被一層薄的絕緣體分開時，金屬之間可以有電流通過，通常把這種“金屬—絕緣體—金屬”的疊層稱為隧道結，它們之間流動的電流稱為隧道電流。假如，在這種疊層三明治結構中，一個或者兩個金屬是超導體，則稱為超導隧道結。根據Josephson效應，在超導隧道結中，絕緣層具有超導體的一些性質，但與常規超導體相比具有較弱的超導電性，被稱為“弱連接超導體”。

減小約瑟夫森結尺寸可以提高超導量子干涉器的靈敏度，提升超導數字電路的集成度。約瑟夫森結除了上述三明治結構形成超導弱連接外，還可以有橋結和臺階結等形式。橋結是一條超導線，中間做出窄通道來實現弱連接。窄通道的大小就是結的大小，如何減小通道的尺寸是目前橋結研究重點。

CN107275472A公開了高溫超導薄膜納米橋結的制備方法，一般高溫超導納米橋結是利用臺階處的弱連接形成的，橋結的大小受光刻精度限制，尺寸和精度上無法進一步提升。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種平面超導納米橋結的制備方法，克服現有制備橋結技術受光刻精度限制，無法大規模集成的缺陷，本發明巧妙地將再濺射生長薄膜的厚度來做納米橋，薄膜厚度即為橋結的大小，不受光刻精度的限制，在傳統光刻下實現超導納米橋結或陣列的制備。

本發明的一種納米橋結的制備方法，包括：

(1)在襯底表面進行光刻形成圖案，然后沉積金屬薄膜；

(2)利用離子束IBE刻蝕完金屬，金屬沿著光刻膠形成側壁，去膠，即得納米橋；

(3)在襯底上再沉積超導薄膜，光刻形成電極圖案，刻蝕，形成橋結兩端的電極，即得納米橋結電極。

上述制備方法的優選方式如下：

所述步驟(1)中襯底為半導體襯底、絕緣體襯底。

所述襯底的厚度為100um及其以上。

所述半導體為Si、Ge、GaN中的一種或幾種；絕緣體為SiO₂、Al₂O₃、HfO₂中的一種或幾種。

所述步驟(1)中金屬為超導材料Nb、NbN、Pb、NbC、Nb₃Sn、Nb₃Ge中的一種或幾種，或者為Al、Au、Cu、合金中的一種。

所述步驟(1)中沉積金屬薄膜的沉積方式為：電子束蒸發或者磁控濺射；沉積金屬薄膜厚度為20nm-500nm。

所述步驟(2)中IBE刻蝕具體工藝參數：IBE刻蝕角度在10-50度之間，離子束流在10-600mA。

所述步驟(2)中側壁厚度為2nm-300nm。

所述步驟(3)中沉積超導薄膜中的超導材料為Nb、NbN、YBCO中的一種或幾種，沉積厚度為20-500nm，沉積方式選擇電子束蒸發或者磁控濺射。

所述步驟(3)中光刻：形成電極圖案；刻蝕：采用RIE、ICP或濕法刻蝕。