[发明专利]一种磁通驱动约瑟夫森参量放大器及其制备方法

权利要求书

1.一种磁通驱动约瑟夫森参量放大器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

1)提供一衬底；

2)于所述衬底的上表面形成Nb/Al-AlOx/Nb叠层结构；

3)对所述Nb/Al-AlOx/Nb叠层结构中的上层Nb层、Al-AlOx层及下层Nb层依次进行刻蚀，形成共面波导谐振腔结构及泵浦线结构，同时于所述共面波导谐振腔结构和所述泵浦线结构之间形成地线结构、于所述共面波导谐振腔结构的另一侧形成信号输入配线结构、于所述泵浦线结构的另一侧形成泵浦输入配线结构；其中，所述共面波导谐振腔结构中形成有Nb/Al-AlOx/Nb约瑟夫森结；

4)于步骤3)所得结构上表面形成一绝缘层，并对所述绝缘层进行刻蚀，以于所述Nb/Al-AlOx/Nb约瑟夫森结表面形成约瑟夫森结过孔、于所述地线结构表面形成接地过孔、于所述信号输入配线结构表面形成输入信号引脚过孔、于所述泵浦输入配线结构表面形成泵浦输入引脚过孔；

5)于步骤4)所得结构上表面形成一超导薄膜层，并对所述超导薄膜层进行刻蚀，以将所述约瑟夫森结过孔和所述接地过孔电连接，同时于所述接地过孔中形成接地引脚、于所述输入信号引脚过孔中形成输入信号引脚、于所述泵浦输入引脚过孔中形成泵浦输入引脚。

2.根据权利要求1所述的磁通驱动约瑟夫森参量放大器的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：对步骤1)所述衬底进行清洗的步骤。

3.根据权利要求1所述的磁通驱动约瑟夫森参量放大器的制备方法，其特征在于，步骤2)中形成所述Nb/Al-AlOx/Nb叠层结构的方法包括：先采用直流磁控溅射原位生长法于所述衬底上表面依次形成下层Nb层及Al层，之后采用静态氧化法于所述Al层表面形成AlOx层以得到Al-AlOx层，最后采用直流磁控溅射原位生长法于所述Al-AlOx层上表面形成上层Nb层。

4.根据权利要求3所述的磁通驱动约瑟夫森参量放大器的制备方法，其特征在于，所述下层Nb层的厚度大于其磁场穿透深度，所述Al层的厚度小于所述下层Nb层的相干长度，所述AlOx层的厚度与所述约瑟夫森结的临界电流密度成反比，所述上层Nb层的厚度大于其磁场穿透深度。

5.根据权利要求1所述的磁通驱动约瑟夫森参量放大器的制备方法，其特征在于，步骤3)中形成所述共面波导谐振腔结构、所述泵浦线结构、所述地线结构、所述信号输入配线结构及所述泵浦输入配线结构的方法包括：

3-1)对所述上层Nb层进行刻蚀直至暴露出所述Al-AlOx层，以基于刻蚀后保留的所述上层Nb层定义约瑟夫森结区；

3-2)对所述Al-AlOx层进行刻蚀直至暴露出所述下层Nb层，其中刻蚀后保留的所述Al-AlOx层位于所述约瑟夫森结区；

3-3)对所述下层Nb层进行刻蚀直至暴露出所述衬底，形成所述共面波导谐振腔结构、所述泵浦线结构、所述地线结构、所述信号输入配线结构及所述泵浦输入配线结构；其中，所述约瑟夫森结区形成于所述共面波导谐振腔结构的末端，且其中形成有所述Nb/Al-AlOx/Nb约瑟夫森结。

6.根据权利要求5所述的磁通驱动约瑟夫森参量放大器的制备方法，其特征在于，刻蚀后保留的所述Al-AlOx层的面积大于刻蚀后保留的所述上层Nb层的面积。

7.根据权利要求1所述的磁通驱动约瑟夫森参量放大器的制备方法，其特征在于，所述绝缘层的材质包括SiO₂，所述超导薄膜层的材质包括Nb。

8.一种采用如权利要求1至7任一项所述制备方法制备的磁通驱动约瑟夫森参量放大器，其特征在于，所述约瑟夫森参量放大器包括：

衬底；

共面波导谐振腔结构，形成于所述衬底的上表面，其中形成有Nb/Al-AlOx/Nb约瑟夫森结；

泵浦线结构，形成于所述衬底的上表面且位于所述共面波导谐振腔结构的一侧；

地线结构，形成于所述衬底的上表面且位于所述共面波导谐振腔结构和所述泵浦线结构之间；

信号输入配线结构，形成于所述衬底的上表面且位于所述共面波导谐振腔结构的另一侧；

泵浦输入配线结构，形成于所述衬底的上表面且位于所述泵浦线结构的另一侧；

绝缘层，形成于所述共面波导谐振腔结构、所述泵浦线结构、所述地线结构、所述信号输入配线结构、所述泵浦输入配线结构及部分所述衬底的上表面，且在所述Nb/Al-AlOx/Nb约瑟夫森结表面形成有约瑟夫森结过孔、在所述地线结构表面形成有接地过孔、在所述信号输入配线结构表面形成有输入信号引脚过孔、在所述泵浦输入配线结构表面形成有泵浦输入引脚过孔；

超导薄膜层，形成于所述约瑟夫森结过孔、所述接地过孔、所述输入信号引脚过孔、所述泵浦输入引脚过孔及部分所述绝缘层的上表面，以将所述约瑟夫森结过孔和所述接地过孔电连接，同时在所述接地过孔中形成接地引脚、在所述输入信号引脚过孔中形成输入信号引脚、在所述泵浦输入引脚过孔中形成泵浦输入引脚。