[發(fā)明專利]一種磁通驅(qū)動(dòng)約瑟夫森參量放大器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010849447.1
• 申請(qǐng)日: 2020-08-21
• 公開（公告）號(hào): CN111953308B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林志榮;薛航;江文兵;應(yīng)利良;王鎮(zhèn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H03F7/00
• 分類號(hào): H03F7/00
• 代理公司: 上海泰博知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31451
• 代理人: 錢文斌

1.一種磁通驅(qū)動(dòng)約瑟夫森參量放大器的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

1)提供一襯底；

2)于所述襯底的上表面形成Nb/Al-AlOx/Nb疊層結(jié)構(gòu)；

3)對(duì)所述Nb/Al-AlOx/Nb疊層結(jié)構(gòu)中的上層Nb層、Al-AlOx層及下層Nb層依次進(jìn)行刻蝕，形成共面波導(dǎo)諧振腔結(jié)構(gòu)及泵浦線結(jié)構(gòu)，同時(shí)于所述共面波導(dǎo)諧振腔結(jié)構(gòu)和所述泵浦線結(jié)構(gòu)之間形成地線結(jié)構(gòu)、于所述共面波導(dǎo)諧振腔結(jié)構(gòu)的另一側(cè)形成信號(hào)輸入配線結(jié)構(gòu)、于所述泵浦線結(jié)構(gòu)的另一側(cè)形成泵浦輸入配線結(jié)構(gòu)；其中，所述共面波導(dǎo)諧振腔結(jié)構(gòu)中形成有Nb/Al-AlOx/Nb約瑟夫森結(jié)；

4)于步驟3)所得結(jié)構(gòu)上表面形成一絕緣層，并對(duì)所述絕緣層進(jìn)行刻蝕，以于所述Nb/Al-AlOx/Nb約瑟夫森結(jié)表面形成約瑟夫森結(jié)過孔、于所述地線結(jié)構(gòu)表面形成接地過孔、于所述信號(hào)輸入配線結(jié)構(gòu)表面形成輸入信號(hào)引腳過孔、于所述泵浦輸入配線結(jié)構(gòu)表面形成泵浦輸入引腳過孔；

5)于步驟4)所得結(jié)構(gòu)上表面形成一超導(dǎo)薄膜層，并對(duì)所述超導(dǎo)薄膜層進(jìn)行刻蝕，以將所述約瑟夫森結(jié)過孔和所述接地過孔電連接，同時(shí)于所述接地過孔中形成接地引腳、于所述輸入信號(hào)引腳過孔中形成輸入信號(hào)引腳、于所述泵浦輸入引腳過孔中形成泵浦輸入引腳。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通驅(qū)動(dòng)約瑟夫森參量放大器的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括：對(duì)步驟1)所述襯底進(jìn)行清洗的步驟。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通驅(qū)動(dòng)約瑟夫森參量放大器的制備方法，其特征在于，步驟2)中形成所述Nb/Al-AlOx/Nb疊層結(jié)構(gòu)的方法包括：先采用直流磁控濺射原位生長(zhǎng)法于所述襯底上表面依次形成下層Nb層及Al層，之后采用靜態(tài)氧化法于所述Al層表面形成AlOx層以得到Al-AlOx層，最后采用直流磁控濺射原位生長(zhǎng)法于所述Al-AlOx層上表面形成上層Nb層。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁通驅(qū)動(dòng)約瑟夫森參量放大器的制備方法，其特征在于，所述下層Nb層的厚度大于其磁場(chǎng)穿透深度，所述Al層的厚度小于所述下層Nb層的相干長(zhǎng)度，所述AlOx層的厚度與所述約瑟夫森結(jié)的臨界電流密度成反比，所述上層Nb層的厚度大于其磁場(chǎng)穿透深度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通驅(qū)動(dòng)約瑟夫森參量放大器的制備方法，其特征在于，步驟3)中形成所述共面波導(dǎo)諧振腔結(jié)構(gòu)、所述泵浦線結(jié)構(gòu)、所述地線結(jié)構(gòu)、所述信號(hào)輸入配線結(jié)構(gòu)及所述泵浦輸入配線結(jié)構(gòu)的方法包括：

3-1)對(duì)所述上層Nb層進(jìn)行刻蝕直至暴露出所述Al-AlOx層，以基于刻蝕后保留的所述上層Nb層定義約瑟夫森結(jié)區(qū)；

3-2)對(duì)所述Al-AlOx層進(jìn)行刻蝕直至暴露出所述下層Nb層，其中刻蝕后保留的所述Al-AlOx層位于所述約瑟夫森結(jié)區(qū)；

3-3)對(duì)所述下層Nb層進(jìn)行刻蝕直至暴露出所述襯底，形成所述共面波導(dǎo)諧振腔結(jié)構(gòu)、所述泵浦線結(jié)構(gòu)、所述地線結(jié)構(gòu)、所述信號(hào)輸入配線結(jié)構(gòu)及所述泵浦輸入配線結(jié)構(gòu)；其中，所述約瑟夫森結(jié)區(qū)形成于所述共面波導(dǎo)諧振腔結(jié)構(gòu)的末端，且其中形成有所述Nb/Al-AlOx/Nb約瑟夫森結(jié)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁通驅(qū)動(dòng)約瑟夫森參量放大器的制備方法，其特征在于，刻蝕后保留的所述Al-AlOx層的面積大于刻蝕后保留的所述上層Nb層的面積。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通驅(qū)動(dòng)約瑟夫森參量放大器的制備方法，其特征在于，所述絕緣層的材質(zhì)包括SiO₂，所述超導(dǎo)薄膜層的材質(zhì)包括Nb。

8.一種采用如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述制備方法制備的磁通驅(qū)動(dòng)約瑟夫森參量放大器，其特征在于，所述約瑟夫森參量放大器包括：

襯底；

共面波導(dǎo)諧振腔結(jié)構(gòu)，形成于所述襯底的上表面，其中形成有Nb/Al-AlOx/Nb約瑟夫森結(jié)；

泵浦線結(jié)構(gòu)，形成于所述襯底的上表面且位于所述共面波導(dǎo)諧振腔結(jié)構(gòu)的一側(cè)；

地線結(jié)構(gòu)，形成于所述襯底的上表面且位于所述共面波導(dǎo)諧振腔結(jié)構(gòu)和所述泵浦線結(jié)構(gòu)之間；

信號(hào)輸入配線結(jié)構(gòu)，形成于所述襯底的上表面且位于所述共面波導(dǎo)諧振腔結(jié)構(gòu)的另一側(cè)；

泵浦輸入配線結(jié)構(gòu)，形成于所述襯底的上表面且位于所述泵浦線結(jié)構(gòu)的另一側(cè)；

絕緣層，形成于所述共面波導(dǎo)諧振腔結(jié)構(gòu)、所述泵浦線結(jié)構(gòu)、所述地線結(jié)構(gòu)、所述信號(hào)輸入配線結(jié)構(gòu)、所述泵浦輸入配線結(jié)構(gòu)及部分所述襯底的上表面，且在所述Nb/Al-AlOx/Nb約瑟夫森結(jié)表面形成有約瑟夫森結(jié)過孔、在所述地線結(jié)構(gòu)表面形成有接地過孔、在所述信號(hào)輸入配線結(jié)構(gòu)表面形成有輸入信號(hào)引腳過孔、在所述泵浦輸入配線結(jié)構(gòu)表面形成有泵浦輸入引腳過孔；

超導(dǎo)薄膜層，形成于所述約瑟夫森結(jié)過孔、所述接地過孔、所述輸入信號(hào)引腳過孔、所述泵浦輸入引腳過孔及部分所述絕緣層的上表面，以將所述約瑟夫森結(jié)過孔和所述接地過孔電連接，同時(shí)在所述接地過孔中形成接地引腳、在所述輸入信號(hào)引腳過孔中形成輸入信號(hào)引腳、在所述泵浦輸入引腳過孔中形成泵浦輸入引腳。