[发明专利]基于双表面拓扑超导特性的约瑟夫森器件及制备方法

权利要求书

1.一种基于双表面拓扑超导特性的约瑟夫森器件，其特征在于包括：

拓扑绝缘体材料，包括上表面和下表面；

由超导材料构成的顶超导电极和底超导电极，分别与所述上表面接触和下表面接触；

所述的拓扑绝缘体的上下两个表面和所述的顶超导电极和底超导电极之间的连线垂直。

2.根据权利要求1所述的约瑟夫森器件，其特征在于，所述拓扑绝缘体上下两个表面与所述的拓扑绝缘体的体材料同属于一种材料。

3.根据权利要求1所述的约瑟夫森器件，其特征在于，所述拓扑绝缘体材料中含有掺杂材料。

4.根据权利要求3所述的约瑟夫森器件，其特征在于，所述掺杂材料为钙或锑。

5.根据权利要求4所述的约瑟夫森器件，其特征在于，所述锑的掺杂浓度介于20％至80％之间。

6.根据权利要求1所述的约瑟夫森器件，其特征在于，所述拓扑绝缘体的厚度介于1纳米至8纳米之间。

7.根据权利要求1所述的约瑟夫森器件，其特征在于，所述底超导电极和顶超导电极材料分别为氮化铌,氮化钛,铅或铟超导材料；所述拓扑绝缘体体材料包括三硒化二铋或三碲化二铋。

8.根据权利要求所述的约瑟夫森器件，其特征在于，还包括第一引出电极和第二引出电极，分别连接所述顶超导电极和底超导电极，所述第二引出电极的至少一部分从下表面、上表面上和顶超导电极垂直穿出。

9.根据权利要求8所述的约瑟夫森器件，其特征在于，所述穿出部分的电极截面为方块图形，该方块图形的边长介于4微米～15微米之间。

10.根据权利要求9所述的约瑟夫森器件，其特征在于，包括四引线，有两引线连接至第一引出电极，另外两引线连接第二引出电极。

11.一种基于双表面拓扑超导材料的约瑟夫森效应器件的制备方法，其特征在于包括步骤：

制备底超导电极；

在底超导电极层上沉积拓扑绝缘体材料；

在拓扑绝缘体表面溅射顶超导电极；

其中，所述的拓扑绝缘体材料的上下两个表面和所述的顶超导电极和底超导电极之间的连线垂直。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：

在拓扑绝缘体表面溅射顶超导电极层之后还包括制备引出电极步骤：

在顶超导电极上制备用于接触引出电极的钛金电极层；

刻蚀约微米量级的方块图形；

在方形图形的样品上蒸镀氧化层；

在氧化层上套刻钛金引出电极；

刻蚀顶超导电极，刻蚀深度控制在底超导电极上；以及套刻引出钛金电极以连接至底超导电极上。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在底超导电极层上沉积拓扑绝缘体材料包括：

在160℃至200℃沉积1～2层的拓扑绝缘体材料并退火；

在250℃至300℃进一步生长拓扑绝缘体薄膜层。