[发明专利]一种超导隧道结、超导电子元件及其制备方法

说明书

本发明提供一种超导隧道结、超导电子元件及其制备方法。超导隧道结包括下电极，形成在下电极上的介电层，以及形成在介电层上方的上电极，下电极和上电极均包括多层结构，多层结构包括不同的超导材料层，超导隧道结形成异质类超导隧道结，自介电层至上电极、下电极的方向上，多层不同超导材料的超导能带逐渐增大。在上电极和下电极均为两层结构形成的约瑟夫生隧道结及包括其的电子元件中，异质类超导材料的界面能带差异和安德列耶夫反射交互作用，介于两层第一类超导材料之间的第二类超导材料约瑟夫生隧道结形成共振腔。该共振腔的共振频率可以达到500GHz～900GHz，填补次微米波和红外线光谱之间的空隙带，因此可用于宽带超高频振荡器。

技术领域

本发明涉及超导电子元件技术领域，具体涉及一种超导隧道结、超导电子元件及其制备方法。

背景技术

当两块金属被一层薄的绝缘体分开时，金属之间可以有电流通过，通常把这种“金属一绝缘体一金属”的叠层称为隧道结。在两超导体之间嵌入一层绝缘层并形成约瑟夫生隧道结。两超导体通过中间的绝缘层形成弱耦合，超导电子可以通过隧道效应而从一边穿过半导体或绝缘体薄膜到达另一边。

现有技术中的超导隧道结的超导体一般为相同材料，这样的超导隧道结其共振频率较低，无法满足一些应用需求，例如无法满足超高频振荡器的使用要求。

发明内容

鉴于现有技术中的超导隧道结的应用限制，本发明提供一种超导隧道结、超导电子元件及其制备方法。超导隧道结的上电极和下电极均包括多层结构，所述多层结构包括不同的超导材料层，位于上电极和下电极之间的介电层两侧的超导材料在超导隧道结内形成共振腔，共振频率远高于单一超导材料产生的最高共振频率。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种超导隧道结，包括下电极，形成在所述下电极上的介电层，以及形成在所述介电层上方的上电极；

其中，所述下电极和所述上电极均包括多层结构，所述多层结构包括不同的超导材料层，并且自所述介电层至所述上电极和所述下电极的方向上，所述多层结构的不同的所述超导材料的能带宽度逐渐增大，所述超导隧道结形成异质类超导隧道结。

可选地，所述上电极和所述下电极包括均两层结构，所述下电极包括第一下电极层以及形成在所述第一下电极层上的第二下电极层，所述介电层形成在所述第二下电极层上，所述上电极包括形成在所述介电层上的第二上电极层以及形成在所述第二上电极层上的第一上电极层，其中，

所述第一下电极层和所述第一上电极层包括第一超导材料，所述第二下电极层和所述第二上电极层包括第二超导材料，并且所述第一超导材料和所述第二超导材料包括不同的超导材料，所述第一超导材料的能带宽度大于所述第二超导材料的能带宽度。

可选地，所述介电层包括在所述下层电极的所述第二下电极层的表面形成的氧化物层。

可选地，所述第一超导材料包括铅、铌、氮化铌及釔钡铜氧化物组成的群组中的至少一种，所述第二超导材料包括锡、铅、铌、氮化铌及釔钡铜氧化物组成的群组中的至少一种。

可选地，所述第一下电极层的厚度大于所述第二下电极层的厚度，所述第一上电极层的厚度大于所述第二上电极层的厚度。

可选地，所述下电极的厚度介于其中，所述第一下电极层的厚度介于

可选地，所述上电极的厚度介于其中所述第二上电极层的厚度介于

可选地，所述介电层的厚度介于

可选地，所述超导隧道结包括矩形结构，所述矩形结构的长度介于0.2mm～4mm，所述宽度介于0.2mm～4mm。

根据本发明的第二方面，本发明提供了一种超导电子元件，包括衬底以及形成在所述衬底上的至少一个本发明第一方面所述的超导隧道结，至少一个所述超导隧道结以串联和/或并联的方式电连接。