[发明专利]一种改善超导量子器件EMC性能的器件结构与制备方法

说明书

本发明提供一种改善超导量子器件EMC性能的器件结构与制备方法，器件结构包括衬底、第一金属层，绝缘结构层，第一金属层及金属屏蔽壳盖之间为超导量子干涉器件的结构区，该结构区其主要包括约瑟夫森结区、势垒层、自感环路和引线结构、配线层、输入线圈、反馈线圈和引线电极等。本发明可以提高超导量子干涉器件抗干扰能力，减小超导量子干涉器件的封装体积，提高使用系统集成度。本发明的屏蔽壳仅百微米量级，其本征谐振频率和低频截止频率远高于超导量子干涉器件工作点，避免对器件的影响。此外，集成屏蔽壳采用金属层，可以损耗约瑟夫森结高频辐射，在器件阵列中增加了相邻器件之间的隔离，避免相互串扰。

技术领域

本发明属于半导体器件设计及制造领域，特别是涉及一种改善超导量子器件EMC性能的器件结构与制备方法。

背景技术

超导量子干涉器件(SQUID)是一种极灵敏的磁通传感器，可以检测任意能转换成磁通的微弱信号。自1960年代问世以来，经半个世纪发展，已经广泛应用于生物磁测量、地球物理探测、无损检测、天文观测以及放大电路系统等各种应用和研究领域。

SQUID器件具有极灵敏的探测能力，与常用的半导体探测器相比，更易受外界环境电磁场影响而不能正常工作。主要是因为SQUID器件是由josephson结构成，与半导体的PN结相比，josephson结表现出更复杂的高频特性。首先，josephson结具有高频振荡特性，在工作点处(V～20uV@10GHz)自身高频信号与外界电磁信号耦合，使得SQUID器件工作点处IV与曲线畸形，恶化工作性能，甚至无法正常工作；其次，josephson结具有强的非线性电感特性，与其电容和电路电感构成高频谐振腔，在不同的电磁场信号泵浦下，表现出参量放大的功能；最后，josephson结IV曲线具有强非线性，该非线性使得噪声或干扰信号与其本征高频振荡信号混频而进入SQUID器件的直流和低频段，使得SQUID器件噪声性能急剧恶化。因此，改善SQUID器件的EMC性能是其走向广泛应用的一个重要挑战。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超导量子干涉器件及其制备方法，用于解决现有技术中超导量子干涉器件的EMC性能难以改善的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种超导量子干涉器件的制备方法，所述制备方法包括：1)提供衬底；2)于所述衬底上，于所述衬底的正面或背面沉积第一金属层；3)于所述金属层上沉积第一绝缘层；4)于所述第一绝缘层上制备金属电阻层；5)于所述金属电阻层上制备第二绝缘层，在所述第二绝缘层上制备形成第一过孔，所述第一过孔用于连接所述金属电阻层；6)在所述衬底上依次制备第一超导薄膜层、势垒层和第二超导薄膜层；7)对所述第二超导薄膜层的进行刻蚀处理，形成约瑟夫森结区；8)对所述势垒层进行刻蚀处理以去除部分的所述势垒层，保留所述约瑟夫森结区下方的所述势垒层；9)对所述第一超导薄膜层进行刻蚀处理，形成超导量子干涉器件的自感环路和引线结构；10)于所述第二超导薄膜层上沉积第三绝缘层，在所述第三绝缘层上形成第二过孔，所述第二过孔用于连接所述金属电阻层和引出所述约瑟夫森结的顶电极；11)于所述第三绝缘层上沉积第三超导薄膜层，对所述第三超导薄膜层进行刻蚀处理，以形成配线层、输入线圈、反馈线圈和引线电极；12)于所述第三超导薄膜层上沉积第四绝缘层，对第四绝缘层进行平坦化处理；13)于所述第四绝缘层上沉积第二金属层，对所述第二金属层进行刻蚀处理，以在所述第四绝缘层上形成金属屏蔽壳盖。