[发明专利]一种铌基约瑟夫森结刻蚀方法

说明书

一种铌基约瑟夫森结刻蚀方法，属于超导器件制备技术领域。具体方法如下：在真空状态下将待刻蚀样品通过传送装置送至反应离子刻蚀腔，通入刻蚀气体，对待刻蚀样品Nb层进行刻蚀；然后在真空状态下通过传送装置将反应离子刻蚀后的样品送入离子束刻蚀机，通入惰性气体，刻蚀AlO_x/Al层；样品出真空，得到Nb基超导器件。所述刻蚀方法简单、效果好，制得的超导器件良率和产能高，并且所述器件有机物或金属沉积。

技术领域

本发明属于超导器件制备技术领域，具体涉及一种铌基约瑟夫森结刻蚀方法。

背景技术

超导现象早在1911年就为世人所知。目前我国关于超导技术的各项研发均已步入正轨，且进入产业化运作，现已普遍运营在电力行业、通信领域、军事领域以及医疗领域等。随着超导技术的发展，超导量子器件的重要性逐渐突出，尤其在弱磁探测和量子计算领域倍受关注。超导电子学器件中，约瑟夫森结的制备是其中至关重要的一步。超导材料只有在特定的温度下才会呈现零电阻现象。超导材料主要分为高温超导和低温超导两大类，一般在常压下，液氮温度下有超导现象的材料成为高温超导体，在更低温度下才出现超导现象的材料成为低温超导体。

约瑟夫森结以诺贝尔奖获得者英国物理学家布赖恩•约瑟夫森命。由两个超导体构成，它们被一个非常薄的非超导电层隔开，所以电子能够穿过绝缘层。当没有电压时超导体间的电流称作约瑟夫森电流（Josephson current），而电子通过障碍物的运动称作约瑟夫森隧穿（Josephson tunneling）。通过超导路径连结在一起的两个或多个结就构成了所谓的约瑟夫森干涉仪（Josephson interferometer）。

通常器件中，约瑟夫森结的结构有夹层结构和平面结构两类。夹层结构又成为三明治结，一般用于低温超导器件；平面结构一般多用于高温超导器件。

低温超导器件中，Nb基器件的刻蚀是器件制备工艺中的一个难点。特别是Nb-AlOx/Al-Nb结构进行反应离子刻蚀通常会出现Nb底部内掏或严重的侧壁沉积等问题，对器件的性能造成极大的影响。异常情况如图1和图2所示（图1和图2中还包括了Nb-Si-Nb的内掏形貌图和沉积形貌图）。严重沉积的情况中，除有机物沉积外，还有较多的金属沉积，难以清洗，且对器件性能造成重要影响。

如图3，在约瑟夫森结刻蚀过程中，Nb层与AlO_x/Al层性质不同，刻蚀方法也有所差异，如果使用氯基气体刻蚀，AlO_x/Al层容易吸附氯离子而造成腐蚀。如何实现刻蚀上面的Nb层和中间的AlO_x/Al层，并减少对下面Nb层的损伤，成为了一个重要的工艺环节。

发明内容

解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种铌基约瑟夫森结刻蚀方法，具有刻蚀方法简单、效果好、产品良率和产能高等优点。

技术方案：一种铌基约瑟夫森结刻蚀方法，所述铌基约瑟夫森结从上到下依次包括掩膜材料、Nb层、AlO_x/Al层、Nb层和底层材料，所述铌基约瑟夫森结在加工时处于不中断真空环境的条件，所述刻蚀方法具体步骤如下：

步骤一.真空状态下，将待刻蚀铌基约瑟夫森结样品放入传送装置，传送装置将样品传送至反应离子刻蚀腔；

步骤二.真空状态下向反应离子刻蚀腔（ICP腔室）内通入刻蚀气体，对待刻蚀样品Nb层进行刻蚀；

步骤三.然后在真空状态下用传送装置将样品传送至离子束刻蚀机（IBE腔室），通入惰性气体，刻蚀AlO_x/Al层；

步骤四.样品出真空，得到刻蚀后铌基约瑟夫森结超导器件。