[发明专利]基于超导桥结的约瑟夫森结阵列制备方法及结构

说明书

本申请涉及一种基于超导桥结的约瑟夫森结阵列制备方法及结构。通过多个纳米桥使得多个第一超导引线薄膜子结构形成了单一层超导薄膜的超导桥结阵列，获得约瑟夫森结阵列结构。由于约瑟夫森结阵列结构通过多个第一超导引线薄膜子结构形成，可以对单一层超导薄膜的尺寸进行调控，从而缩小了横向尺寸最小结的周期尺寸。通过单一层超导薄膜的超导桥结阵列，可以依次叠加更多层，尽量多的增加纵向的层数。相比于传统的三明治结构约瑟夫森结阵列芯片，本申请的约瑟夫森结阵列，在相同的芯片尺寸上，可以高度集成更多的约瑟夫森结，提高了一个量级的结数量，以满足市场对输出电压的需求。并且，在约瑟夫森结数量相同的情况下，芯片的尺寸可以极大的缩小。

技术领域

本申请涉及电子器件技术领域，特别是涉及一种基于超导桥结的约瑟夫森结阵列制备方法及结构。

背景技术

约瑟夫森电压基准是基于约瑟夫森效应来复现电压量值的计量基准。相较于基于标准韦斯顿饱合电池的传统实物基准，量子电压基准具有高精度、高复现性和易于保存等优点。量子电压基准的核心是大规模集成约瑟夫森结阵芯片。其中，量子电压的幅值为V＝n·f/KJ＝n·f·h/2e，其中国际计量委员会电学咨询委员会给出约瑟夫森常数推荐值为KJ＝483597.9GHz/V，h表示普朗克常数，e表示电子电荷量，n为约瑟夫森结的个数。当辐照的微波频率固定时，芯片上结的个数越多，输出的电压也越高。例如微波频率为16GHz时，输出1V电压，需要大约30,225个结。

然而，传统的约瑟夫森结阵列制备方法采用超导隧道结，即超导体/绝缘体/超导体的三明治结构实现弱耦合。此时，超导隧道结的横向尺寸最小结的周期为5μm以上。当在毫米(如15mm)级别长度的芯片上集成时，一条微波线上能集成的结个数不超过1000个，并且，还需要留有其他微波元件的空间。因此，当在芯片上高度集成时，超导隧道结的个数受到限制，进而使得输出电压也受到限制，很难满足实际应用的需求。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种可以集成约瑟夫森结个数更多的，且集成度更高的基于超导桥结的约瑟夫森结阵列制备方法及结构。

为了实现上述目的，一方面，本申请提供了一种基于超导桥结的约瑟夫森结阵列制备方法，包括如下步骤：

提供衬底；

于所述衬底表面制备第一层超导薄膜；

对所述第一层超导薄膜远离所述衬底的表面进行刻蚀，刻蚀至所述衬底，制备多个第一层超导薄膜结构；

于所述多个第一层超导薄膜结构远离所述衬底的表面和所述衬底靠近所述多个第一层超导薄膜结构的表面，制备绝缘层；

对所述绝缘层远离所述衬底的表面进行刻蚀，刻蚀至所述第一层超导薄膜结构，形成多个绝缘层结构，所述多个绝缘层结构包围形成多个连接孔结构；

于所述多个绝缘层结构远离所述衬底的表面和所述多个连接孔结构中，制备超导引线薄膜；

对所述超导引线薄膜远离所述绝缘层结构的表面进行刻蚀，刻蚀至所述绝缘层结构，制备第一超导引线薄膜结构与第二超导引线薄膜结构；

根据桥结图形，对所述第一超导引线薄膜结构远离所述绝缘层结构的表面进行刻蚀，刻蚀至所述绝缘层结构，制备多个纳米桥，形成超导桥结阵列，获得基于超导桥结的约瑟夫森结阵列结构。

在一个实施例中，对所述超导引线薄膜远离所述绝缘层结构的表面进行刻蚀，刻蚀至所述绝缘层结构，制备第一超导引线薄膜结构与第二超导引线薄膜结构，步骤之后，所述方法还包括：

在靠近所述第二超导引线薄膜结构位置制备终端电阻结构。

在一个实施例中，于所述衬底表面制备第一层超导薄膜，包括如下步骤：