[發(fā)明專利]具有大電感層的超導(dǎo)電路及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111492420.2
• 申請日: 2021-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN114188472A
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 應(yīng)利良;張雪;何桂香;任潔;彭煒
• 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(hào): H01L39/24
• 分類號(hào): H01L39/24;H01L23/64;H01L27/18;H01L39/02;H01L39/06;H01L39/22
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 賀妮妮

本發(fā)明提供一種具有大電感層的超導(dǎo)電路及其制備方法，該超導(dǎo)電路包括：襯底；形成于襯底上的旁路電阻；形成于旁路電阻上的約瑟夫森結(jié)；形成于約瑟夫森結(jié)上的大電感層；形成于大電感層上的配線層；絕緣材料層，分別將旁路電阻、約瑟夫森結(jié)、大電感層及配線層電學(xué)隔離。該超導(dǎo)電路利用原配線層的中小電感設(shè)計(jì)中，再設(shè)計(jì)加入一層專門的大電感層應(yīng)用于需要大電感的超導(dǎo)電路中，有效擴(kuò)大了超導(dǎo)電路中的電感大小范圍，拓寬了超導(dǎo)電路的應(yīng)用場景，提高超導(dǎo)電路的集成度；另外，特定材料的大電感層同時(shí)還可以用作大電阻層，從而可進(jìn)一步提升超導(dǎo)電路的集成度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超導(dǎo)電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有大電感層的超導(dǎo)電路及其制備方法。

背景技術(shù)

超導(dǎo)電路包括超導(dǎo)量子干涉器(SQUID)，單磁通量子器件(SFQ)等應(yīng)用超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)的電路。

超導(dǎo)量子干涉器件(superconducting quantum interference device，SQUID)是基于約瑟夫森效應(yīng)和磁通量子化原理的超導(dǎo)量子器件，它的基本結(jié)構(gòu)是在超導(dǎo)環(huán)中插入兩個(gè)約瑟夫森結(jié)，SQUID是目前已知的最靈敏的磁通探測傳感器，典型的SQUID器件的磁通噪聲在μΦ₀/Hz^1/2量級(jí)(1Φ₀＝2.07×10^-15Wb)，其磁場噪聲在fT/Hz^1/2量級(jí)(1fT＝1×10^-15T)，由于其具有極高的靈敏度，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)心磁腦磁、材料探測、地球磁場、軍事、地震和考古等各方面，用其制備的磁通顯微鏡可從事基礎(chǔ)研究。

單磁通量子器件(Single Flux Quantum，SFQ)是利用約瑟夫森結(jié)內(nèi)的單個(gè)磁通量子來表示邏輯“1”和“0”的超導(dǎo)電路技術(shù)。以此為基礎(chǔ)的超導(dǎo)數(shù)字電路時(shí)鐘頻率可達(dá)770GHz，可用于雷達(dá)和通信系統(tǒng)的超寬帶模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器、寬帶網(wǎng)絡(luò)交換器、射電天文的數(shù)字式自相關(guān)器以及超導(dǎo)計(jì)算機(jī)等。因其具有速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，目前美國和日本均投入巨資進(jìn)行戰(zhàn)略研究。

超導(dǎo)電路一般由約瑟夫森結(jié)和一些電阻、電感等相互搭配組成。目前，超導(dǎo)電路集成度提升的方法有很多種，通常各國研究者主要聚焦于降低約瑟夫森結(jié)尺寸和提升其臨界電流密度。但實(shí)際上超導(dǎo)集成電路里最大限制集成度不是約瑟夫森結(jié)，而是并聯(lián)電阻和電感。現(xiàn)在已經(jīng)有一些單位在研究自并聯(lián)的約瑟夫森結(jié)，其可去除并聯(lián)電阻，但是對電感方面的需求不太好實(shí)現(xiàn)，因?yàn)殡姼斜旧硎浅瑢?dǎo)集成電路必不可少的一塊，并不能去除，同時(shí)，電路中需要用到不同大小的電感，如果我們單純提升單位電感的話將對小電感的電路設(shè)計(jì)造成困擾。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種具有大電感層的超導(dǎo)電路及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)的超導(dǎo)電路中電感大小范圍較窄，限制超導(dǎo)電路的應(yīng)用場景及超導(dǎo)電路的集成度等的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種具有大電感層的超導(dǎo)電路的制備方法，所述制備方法包括：

1)提供襯底，并于所述襯底上形成旁路電阻；

2)于上述得到的結(jié)構(gòu)表面形成具有第一開孔的圖形化的第一絕緣材料層，所述第一開孔顯露所述旁路電阻；

3)于上述得到的結(jié)構(gòu)表面依次形成第一超導(dǎo)材料層、勢壘材料層、第二超導(dǎo)材料層的三層薄膜結(jié)構(gòu)；

4)從上而下分別用不同的圖案刻蝕所述三層薄膜結(jié)構(gòu)以形成約瑟夫森結(jié)；

5)于上述得到的結(jié)構(gòu)表面形成圖形化的第二絕緣材料層，并于所述第二絕緣材料層上形成大電感層；

6)于上述得到的結(jié)構(gòu)表面形成具有多個(gè)第二開孔的圖形化的第三絕緣材料層，多個(gè)所述第二開孔分別顯露所述大電感層及所述約瑟夫森結(jié)的上表面；

7)于上述得到的結(jié)構(gòu)表面形成第三超導(dǎo)材料層，并刻蝕所述第三超導(dǎo)材料層形成配線層。