[發明專利]半導體-超導體混合器件及其制造

在審

• 申請號: 202080084194.1
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN114788026A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: G·C·加德納;A·C·C·德拉克曼;C·M·馬庫斯;M·J·曼弗拉
• 申請（專利權）人: 微軟技術許可有限責任公司
• 主分類號: H01L39/24
• 分類號: H01L39/24;H01L39/22
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 李輝

一種制造半導體?超導體混合器件的方法，包括：提供包括以下各項的工件：半導體組件、該半導體組件上的第一超導體材料的層、以及第一超導體材料上的第二超導體材料的層，第二超導體材料與第一超導體材料不同；蝕刻第二超導體材料的層以暴露第一超導體材料的部分；以及使第一超導體材料的該部分氧化以在半導體上形成鈍化層。第一超導體在半導體與第二超導體之間提供能量耦合，并且鈍化層保護半導體，同時允許電進入該半導體。還提供了一種混合器件以及一種蝕刻的方法。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2019年12月5日提交的美國臨時申請No.62/944,093以及于2020年2月20日提交的美國申請No.16/796,671的權益和優先權，其各自題為“半導體-超導體混合器件及其制造”，兩者在此被整體地并入本文中，如同在本文中出于所有目而完全闡述一樣。

背景技術

某些半導體-超導體混合器件在量子計算(例如，拓撲量子計算)中具有應用。

拓撲量子計算基于如下現象，通過該現象，“馬約拉納零模式”(MZM)的形式的非阿貝爾任意子可以在半導體被耦合到超導體的區域中形成。非阿貝爾任意子是一種準粒子，意味著并不是粒子本身，而是在電子液體中的激發，其行為至少部分地像粒子。MZM是這樣的準粒子的特定束縛態。在某些條件下，這些狀態可以在靠近由一段涂覆有超導體的半導體形成的納米線中的半導體-超導體界面處形成。當MZM在納米線中被誘導時，其被稱為在“拓撲制度(topological regime)”中。在一些情況下，為了對此進行誘導，需要磁場，通常在外部施加，并且還需要將納米線冷卻到或低于在超導體材料中誘導超導特性的溫度。它還可以包含用靜電勢選通納米線的一部分。

通過形成這樣的納米線的網絡并在網絡的部分中誘導拓撲制度，有可能創造量子比特/量子位(qubit)，其可以被操縱用于量子計算的目的。量子比特或量子位是可以在其上執行具有兩種可能結果的測量的元素，但是在任何給定時間(當未被測量時)，它實際上可以處于與不同結果相對應的兩種狀態的量子疊加中。

為了誘導MZM，器件被冷卻到超導體(例如，鋁)展現出超導特性的溫度。在適當的情況下，超導體在相鄰的半導體中引起鄰近效應，由此半導體的接近與超導體的界面的區域也展現出超導屬性。即，在相鄰半導體以及超導體中拓撲相特性被誘導。正是在半導體的該區域中形成了MZM。

誘導可以形成MZM的拓撲相的另一條件是應用磁場，以便提升半導體中的自旋簡并性。量子系統的上下文中的簡并性是指不同的量子態具有相同的能級的情況。提升簡并性意味著使得這樣的狀態采用不同的能級。自旋簡并性是指不同的自旋態具有相同的能級的情況。自旋簡并性可以憑借磁場來提升，使得不同的自旋極化電子之間的能級分裂。這被稱為塞曼效應(Zeeman effect)。g因子是指所施加的磁場與自旋分裂之間的系數。通常地，磁場由外部的電磁體施加。

發明內容

提供了一種制造半導體-超導體混合器件的方法。該方法包括：提供包括包括以下各項的工件：半導體組件、半導體組件上的第一超導體材料的層、以及第一超導體材料的層上的第二超導體材料的層，第二超導體材料與第一超導體材料不同；蝕刻第二超導體材料的層以暴露第一超導體材料的部分；以及氧化第一超導體材料的該部分以在半導體組件上形成鈍化層。

還提供了一種半導體-超導體混合器件。該器件包括半導體組件；半導體組件的第一部分之上的第一超導體組件，第一超導體組件包括第一超導體材料；第一超導體組件上的第二超導體組件，第二超導體組件包括第二超導體材料，第二超導體材料與第一超導體材料不同；以及半導體組件的第二部分之上的鈍化層，該鈍化層包括第一超導體材料的氧化物。

還提供了一種蝕刻包括鉛組件的工件的方法。該方法包括：在鉛組件上形成掩模，該掩模限定鉛組件的所暴露的區域；以及使該所暴露的區域與蝕刻劑組合物接觸。蝕刻劑組合物包括乙酸和丙-2-醇。