[发明专利]一种超导薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超导薄膜及其制备方法，其中，超导薄膜的制备方法包括：提供衬底；在所述衬底上形成刻蚀保护层，并在所述刻蚀保护层上形成掩膜图形；将所述刻蚀保护层作为掩膜，在所述衬底靠近所述刻蚀保护层的一侧沉积超导薄膜层，所述超导薄膜层包括图形化结构，所述图形化结构与所述掩膜图形一致。本发明提供了一种超导薄膜及其制备方法，以解决现有的超导薄膜制备出来的超导波导在不同位置的品质因子相差较大的问题。

技术领域

本发明涉及超导量子芯片技术领域，尤其涉及一种超导薄膜及其制备方法。

背景技术

随着现代电子计算机的广泛应用，经典电子计算机在大规模数据处理，尤其是量子模拟等领域存在存储空间和速度的局限，加之受摩尔定律的限制，科学家提出利用量子效应进行信息处理及量子计算。至上世纪80年代初期，理查德·费因曼等科学家提出利用量子原理制造量子计算机并用它来模拟量子力学系统。随后理论物理学家和计算机科学家从理论上证实，量子计算机在量子模拟，量子全局搜索以及密钥破解等方面具有远超经典计算机的能力。

量子计算机的基本单元包括量子比特，超导平面波导以及相关馈线等。目前用于量子计算机的超导材料主要为金属铝和金属铌，这两种金属制备出来的超导波导的品质因子Q的平均值在10⁶量级，但是目前研究表明在衬底上沉积超导薄膜层形成的超导薄膜用于超导波导，可将品质因子Q值提高到10⁷量级。但是超导薄膜制备出来的超导波导不同位置的品质因子Q的差值较大。

发明内容

本发明实施例提供了一种超导薄膜及其制备方法，以解决现有的超导薄膜制备出来的超导波导不同位置的品质因子的差值较大的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种超导薄膜的制备方法，包括：提供衬底；

在所述衬底上形成刻蚀保护层，并在所述刻蚀保护层上形成掩膜图形；

将所述刻蚀保护层作为掩膜，在所述衬底靠近所述刻蚀保护层的一侧沉积超导薄膜层，所述超导薄膜层包括图形化结构，所述图形化结构与所述掩膜图形一致。

可选的，所述超导薄膜层的材料为氮化钛；所述衬底的材料为高阻硅。

可选的，在所述衬底上形成刻蚀保护层，并在所述刻蚀保护层上形成掩膜图形，包括：在所述衬底上形成气相刻蚀牺牲层；在所述气相刻蚀牺牲层远离所述衬底的一侧形成刻蚀保护层；通过聚焦离子束工艺在所述刻蚀保护层上形成掩膜图形；通过气相干刻工艺经由所述掩膜图形刻蚀所述气相刻蚀牺牲层至露出所述衬底，形成镂空结构。

可选的，所述气相刻蚀牺牲层的所述镂空结构在所述衬底上的垂直投影覆盖并大于所述刻蚀保护层的掩膜图形。

可选的，所述气相刻蚀牺牲层通过等离子增强气相沉积的工艺形成；所述气相刻蚀牺牲层的材料为氧化硅；所述刻蚀保护层的材料为非晶硅。

可选的，通过气相干刻工艺经由所述掩膜图形刻蚀所述气相刻蚀牺牲层至露出所述衬底，形成镂空结构之后，还包括：将形成所述刻蚀保护层的衬底放入真空准备腔，以第一预设温度加热第一设定时间，并通过活性分子进行吹扫。

可选的，所述第一预设温度为100～200℃；所述第一设定时间为20～60分钟；所述活性分子为氢气等离子体。

可选的，将所述刻蚀保护层作为掩膜，在所述衬底靠近所述刻蚀保护层的一侧沉积超导薄膜层，包括：将所述刻蚀保护层作为掩膜，通过磁控溅射工艺或脉冲激光分子束外延工艺沉积所述超导薄膜层。

可选的，将所述刻蚀保护层作为掩膜，在所述衬底靠近所述刻蚀保护层的一侧沉积超导薄膜层之后，包括：将所述气相刻蚀牺牲层通过气相干刻工艺刻蚀掉；并将刻蚀掉所述气相刻蚀牺牲层的衬底浸入丙酮溶液中进行超声处理，剥离所述刻蚀保护层；将剥离所述刻蚀保护层的衬底放入真空准备腔中，以第一预设温度加热第一设定时间，获取超导薄膜。