[發明專利]一種滿足大晶圓尺寸的約瑟夫森結、制備方法和用途

有效

• 申請號: 202210371353.7
• 申請日: 2022-04-11
• 公開（公告）號: CN114447204B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 楊麗娜;馮加貴;熊康林;吳艷伏;李睿穎;賈浩林
• 申請（專利權）人: 材料科學姑蘇實驗室
• 主分類號: H01L39/24
• 分類號: H01L39/24;H01L39/02;H01L39/12;H01L39/22
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 趙穎

1.一種滿足大晶圓尺寸的約瑟夫森結的制備方法，其特征在于，所述的制備方法包括：

在襯底上制備Ta（110）膜，光刻制備超導電路結構，掩膜光刻形成下電極Ta（110）層，下電極Ta（110）層表面制備Ta₂O₅氧化層作為中間層，掩膜光刻形成上電極Ta（110）層，制備得到所述的約瑟夫森結；

所述上電極Ta（110）層的制備方法包括：預先在Ta₂O₅氧化層的表面制備Nb（110）種子層，在Nb（110）種子層表面制備上電極Ta（110）層；

所述Nb（110）種子層的制備溫度為20~200℃，所述Nb（110）種子層的厚度為5~20nm；所述上電極Ta（110）層的制備溫度為20~200℃。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述Ta（110）膜的超導電路結構和下電極Ta（110）層通過掩膜光刻分步成型；或，所述Ta（110）膜的超導電路結構和下電極Ta（110）層通過掩膜光刻一體成型。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述襯底包括Si襯底或藍寶石襯底，所述藍寶石襯底包括A面藍寶石襯底、C面藍寶石襯底、R面藍寶石襯底或M面藍寶石襯底。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述Ta（110）膜的制備方式包括磁控濺射法、分子束外延法、激光脈沖沉積或電子束蒸發法中的一種或至少兩種的組合；

所述下電極Ta（110）層的制備方式包括磁控濺射法、分子束外延法、激光脈沖沉積或電子束蒸發法中的一種或至少兩種的組合；

所述上電極Ta（110）層的制備方式包括磁控濺射法、分子束外延法、激光脈沖沉積或電子束蒸發法中的一種或至少兩種的組合。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述Ta（110）膜和下電極Ta（110）層為掩膜光刻一體成型，均通過磁控濺射法在C面藍寶石襯底上生長得到；

所述磁控濺射的生長溫度為300~600℃，直流功率≥50W，工作壓強≥5mTorr。

6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述Ta₂O₅氧化層的制備方式包括氧化法或沉積法，所述氧化法包括準原位高溫熱氧化方法和/或低溫濕法氧化，所述沉積法包括磁控濺射沉積法和/或原子層沉積法。

7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述Ta₂O₅氧化層采用食人魚溶液對下電極Ta（110）層浸泡進行低溫濕法氧化制備得到。

8.一種滿足大晶圓尺寸的約瑟夫森結，其特征在于，所述約瑟夫森結通過權利要求1-7任一項所述的約瑟夫森結的制備方法制備得到，所述約瑟夫森結包括依次疊層設置的下電極Ta（110）層、Ta₂O₅氧化層和上電極Ta（110）層，所述下電極Ta（110）層和上電極Ta（110）層的晶體取向均為Ta（110）。

9.一種權利要求8所述滿足大晶圓尺寸的約瑟夫森結的用途，其特征在于，所述約瑟夫森結用于超導芯片領域。