[发明专利]一种超导量子干涉器件结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超导量子干涉器件（SQUID），特别涉及一种超导量子干涉器件结构及其制备方法。

背景技术

超导量子干涉器件（SQUID）是利用约瑟夫森（Josephson）效应设计的极敏感的磁传感器，最高可用于探测10^-14T的磁场，是目前为止检测灵敏度最高的磁敏传感器。

SQUID被应用于主要应用于物理、化学、材料、地质、生物、医学等领域各种弱磁场的精确测量，如生命科学中对人体心、脑磁波的测量，极低温下的核磁化率、超导体在Tc附近磁化率的涨落、在很宽温度范围内生物化学样品的磁化率，以及岩石磁力等。当然由于其昂贵的造价，目前其市场占有率较霍尔元件传感器偏低，但其突出的高灵敏度将使其不断普及。

把两个相同的约瑟夫森（Josephson）结对称地嵌入超导回路，就形成了超导量子干涉器件（SQUID）。传统的Josephson结制备方法是：在衬底上用蒸发等方法淀积一层超导膜，用热氧化等方法生长很薄一层非超导膜后，再蒸发另一层超导膜。由于传统的Josephson结制备方法需要制备两层超导膜，导致制作工序较多且复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是克服传统的SQUID结构制作较复杂的缺陷，提出一种超导量子干涉器件结构及其制备方法，能够简化SQUID的制备工艺。

为了解决上述问题，本发明提供一种超导量子干涉器件结构，包括片状非超导介质膜以及附着在所述片状非超导介质膜上方的超导膜，所述超导膜具有环状结构，所述环状结构为超导环，其上有两个或两个以上对称分布的缺口。

优选地，所述超导量子干涉器件结构还具有以下特点：

所述超导环为圆环、方环或其它对称的多边形环。

优选地，所述超导量子干涉器件结构还具有以下特点：

所述超导环的半径大于100nm，所述缺口的长度大于20nm。

优选地，所述超导量子干涉器件结构还具有以下特点：

所述超导膜采用铅、锡或铌等超导材料。

优选地，所述超导量子干涉器件结构还具有以下特点：

所述非超导介质膜采用碲化铋或硒化铋单晶材料。

本发明还提供一种如上所述的超导量子干涉器件结构的制备方法，包括：

步骤1，将非超导介质膜附着在衬底上；

步骤2，在所述非超导介质膜上甩胶，用光刻技术在胶上做出超导环图样；

步骤3，在超导环图样上方沉积上超导膜；

步骤4，洗去胶层，保留所需的超导环。

优选地，所述方法还具有以下特点：

所述步骤1中，采用解理、化学气相沉积（CVD）生长、沉积、分子束外延、溅射或蒸发镀膜等方法将非超导介质膜附着在衬底上

优选地，所述方法还具有以下特点：

所述步骤2中，所述光刻技术包括电子束曝光或紫外曝光等方式。

优选地，所述方法还具有以下特点：

所述步骤3中，采用磁控溅射、热蒸发、电子束蒸发等方式在超导环图样上方沉积上超导膜。

优选地，所述方法还具有以下特点：

所述超导膜采用铅、锡或铌等超导材料。

本发明能够通过尽可能少的制作步骤制备SQUID，工艺简单。利用本发明所描述的结构与工艺，可以方便地制备出利用采取解理或CVD（Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积）生长等方法制备的膜作为非超导介质层的SQUID。

附图说明

图1为本发明实施例的SQUID主体图形，阴影部分表示沉积有超导金属部分；

图2（a）～（g）为本发明应用实例的SQUID制备工艺流程，包括准备基片、解理、甩胶烘干、曝光、显影、沉积金属、去胶七个步骤；

图3为本发明应用实例的圆环双结SQUID的电镜图片；

图4为本发明应用实例的加宽结区的圆环双结SQUID的电镜图片；

图5为本发明应用实例的方形环双结SQUID的电镜图片；

图6为本发明应用实例的四结SQUID的电镜图片；

图7为本发明应用实例的天然结区SQUID的电镜图片。

具体实施方式

下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。