[發(fā)明專利]電感可調(diào)的超導(dǎo)量子器件及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010922048.3
• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN112038479B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 伍文濤;林志榮;梁恬恬;張國峰;王永良;王鎮(zhèn)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: H01L39/24
• 分類號: H01L39/24;H01L39/22;H01L39/02;G01D5/20
• 代理公司: 上海泰博知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31451
• 代理人: 錢文斌

本發(fā)明提供一種電感可調(diào)的超導(dǎo)量子器件及其制備方法，器件包括：襯底、金屬電阻層、第一絕緣層、第一超導(dǎo)薄膜層、第二絕緣層和第二超導(dǎo)薄膜層，第一超導(dǎo)薄膜層被刻蝕形成超導(dǎo)量子器件的環(huán)路和引線結(jié)構(gòu)，第二超導(dǎo)薄膜層被刻蝕形成約瑟夫森結(jié)區(qū)、第三絕緣層、第三超導(dǎo)薄膜層，其厚度小于其穿透深度，其被刻蝕形成輸入線圈、第四絕緣層，其形成有第二過孔，用于連接金屬電阻層和引出約瑟夫森結(jié)的頂電極、第四超導(dǎo)薄膜層，其被刻蝕形成配線層、反饋線圈和引線管腳。本發(fā)明將超導(dǎo)體動態(tài)電感引入到超導(dǎo)量子器件輸入電感設(shè)計中，有效解決了目前幾何電感帶來的分布電容大、集成度低、大電感不易實現(xiàn)、且環(huán)路電感Ls難減小等問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體設(shè)計及制造領(lǐng)域，特別是涉及一種電感可調(diào)的超導(dǎo)量子器件及其制備方法。

背景技術(shù)

超導(dǎo)量子干涉器件(SQUID)是一種極靈敏的磁通傳感器，可以檢測任意能轉(zhuǎn)換成磁通的微弱信號，自1960年代問世以來，經(jīng)半個世紀(jì)發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生物磁測量、地球物理探測、無損檢測、天文觀測以及放大電路系統(tǒng)等各種應(yīng)用和研究領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，為了能同時保證大輸入電感和簡單的制備工藝，本發(fā)明了提供一種電感可調(diào)的超導(dǎo)量子器件及其制備方法，將超導(dǎo)體動態(tài)電感引入超導(dǎo)量子器件設(shè)計，在確保超導(dǎo)量子器件穩(wěn)定工作和噪聲性能前提下，有效解決目前幾何電感無法較好實現(xiàn)大輸入電感的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種電感可調(diào)的超導(dǎo)量子器件的制備方法，所述制備方法包括步驟：提供襯底；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，在所述第一絕緣層上形成顯露所述金屬電阻層的第一過孔；在所述襯底上依次制備第一超導(dǎo)薄膜層、第二絕緣層和第二超導(dǎo)薄膜層，所述第一超導(dǎo)薄膜層還填充所述第一過孔以連接所述金屬電阻層；對所述第二超導(dǎo)薄膜層的進行刻蝕處理，形成約瑟夫森結(jié)區(qū)；對所述第二絕緣層進行刻蝕處理以去除部分的所述第二絕緣層，保留所述約瑟夫森結(jié)區(qū)下方的所述第二絕緣層；對所述第一超導(dǎo)薄膜層進行刻蝕處理，形成超導(dǎo)量子器件的環(huán)路和引線結(jié)構(gòu)；于所述第二超導(dǎo)薄膜層上沉積第三絕緣層，并對所述第三絕緣層進行平坦化處理；于所述第三絕緣層上沉積第三超導(dǎo)薄膜層，所述第三超導(dǎo)薄膜層的厚度小于其穿透深度，對所述第三超導(dǎo)薄膜層進行刻蝕處理，形成輸入線圈；于所述第三超導(dǎo)薄膜層上沉積第四絕緣層，在所述第四絕緣層上形成第二過孔，所述第二過孔用于連接所述金屬電阻層和引出所述約瑟夫森結(jié)的頂電極；于所述第四絕緣層上沉積第四超導(dǎo)薄膜層，對所述第四超導(dǎo)薄膜層進行刻蝕處理，形成配線層、反饋線圈和引線管腳。

可選地，所述第一超導(dǎo)薄膜層、第二超導(dǎo)薄膜層以及第四超導(dǎo)薄膜層的厚度大于其各自的穿透深度，所述第三超導(dǎo)薄膜層的厚度小于其穿透深度，以實現(xiàn)極大動態(tài)電感。

可選地，所述第一超導(dǎo)薄膜層、所述絕緣層和所述第二超導(dǎo)薄膜層構(gòu)成的結(jié)構(gòu)包括Nb/Al-AlOx/Nb結(jié)構(gòu)、NbN/Al-AlOx/NbN結(jié)構(gòu)或NbN/AlN/NbN結(jié)構(gòu)中的任意一種。

可選地，所述刻蝕處理的工藝包括反應(yīng)離子腐蝕工藝、離子束刻蝕工藝、剝離工藝及化學(xué)刻蝕工藝中的任意一種。

可選地，所述襯底包括Si/SiO₂襯底、MgO襯底及Al₂O₃襯底中的任意一種；所述金屬電阻層包括Mo層、TiPd層及TiAuPd層中的任意一種；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；所述第四絕緣層包括SiO₂層、SiO層或MgO層中的任意一種。

可選地，采用化學(xué)機械拋光工藝對所述第三絕緣層進行平坦化處理，以保證所述第三超導(dǎo)薄膜層的沉積。

可選地，所述反饋線圈與所述輸入線圈分別由所述第三超導(dǎo)薄膜層及所述第四超導(dǎo)薄膜層刻蝕形成，使其分別位于不同圖層，以保證其不會相互干擾而影響所述超導(dǎo)量子器件的性能。