[发明专利]一种量子芯片测试结构及其制备方法和测试方法

说明书

本发明公开了一种量子芯片测试结构及其制备方法和测试方法，属于量子芯片制备与检测领域。其中，所述量子芯片测试结构包括：位于衬底上的超导约瑟夫森结及其连接结构；位于连接结构上的第一隔离层，第一隔离层上形成有贯穿第一隔离层的连接窗口；位于第一隔离层上的第二隔离层，第二隔离层上形成有沉积窗口，沉积窗口用于限定位于第一隔离层上的沉积区域，且连接窗口与沉积窗口相连；以及位于连接窗口内的电连接部和位于沉积窗口内的电连接层，电连接部的一端与连接结构连接，另一端与电连接层连接，电连接层用于实现与测试设备的电接触。本发明能实现超导约瑟夫森结的接触式测试。

技术领域

本发明属于量子芯片制备与检测领域，更具体地说，涉及一种量子芯片测试结构及其制备方法和测试方法。

背景技术

量子芯片是量子计算机的核心部件，它主要包含超导量子芯片、半导体量子芯片、量子点芯片、离子阱及NV(金刚石)色心等，量子芯片上至少具有一个量子比特，每个量子比特包括相互耦合连接的探测器和量子比特装置。对于超导量子芯片而言，量子比特包括对地电容、与电容并联的闭环装置、以及控制信号线，该闭环装置由约瑟夫森结并联构成，其中，约瑟夫森结(Josephson junction)，或称为超导隧道结，一般是由两超导材料层夹以某种很薄的势垒层(厚度≤Cooper电子对的相干长度)而构成的结构，例如S(超导材料层)—I(半导体或绝缘体材料层)—S(超导材料层)结构，简称SIS。约瑟夫森结的性能质量直接决定超导量子比特性能的好坏，因此必须进行测试来确认是否合格。

根据传统半导体测试方案，测试包括非接触式测试和接触式测试。对于非接触式测试，超导量子芯片上可以包括两种超导约瑟夫森结，一种为测试结，一种为功能结，测试结一般分布在芯片的角落，若测试结的测试结果通过，则认为功能结也是正常的。但是，这是基于工艺成熟，形成的测试结和功能结一致性较好的前提，而超导量子芯片的制备与传统半导体工艺存在差异，就导致目前工艺稳定性达不到标准，可能出现测试结通过但实际功能结异常的情况。对于接触式测试，由于超导约瑟夫森结的结构敏感，些微的微结构损伤可能就会导致超导约瑟夫森结异常，因此目前的普遍认知是无法采用电接触式的方法进行测量。

发明内容

为了解决无法采用电接触式的方法进行超导约瑟夫森结电性测试的问题，本发明提供一种量子芯片测试结构、其制备方法和测试方法，以实现对超导约瑟夫森结进行电接触式测试。

本发明的一个方面提供了一种量子芯片测试结构，包括：

位于衬底上的超导约瑟夫森结及其连接结构；

位于所述连接结构上的第一隔离层，所述第一隔离层上形成有贯穿所述第一隔离层的连接窗口；

位于所述第一隔离层上的第二隔离层，所述第二隔离层上形成有沉积窗口，所述沉积窗口用于限定位于所述第一隔离层上的沉积区域，且所述连接窗口与所述沉积窗口相连；以及

位于所述连接窗口内的电连接部和位于所述沉积窗口内的电连接层，所述电连接部的一端与所述连接结构连接，另一端与所述电连接层连接，所述电连接层用于实现与测试设备的电接触。

如上所述的测试结构，其中，优选的是，所述第一隔离层、所述第二隔离层的材质为光刻胶、电子束胶中的至少一种。

如上所述的测试结构，其中，优选的是，所述沉积窗口形成有下切结构，且所述电连接层的厚度小于所述第二隔离层的厚度。

如上所述的测试结构，其中，优选的是，所述连接结构的材质为超导材料。

如上所述的测试结构，其中，优选的是，所述超导材料包括TiN、Nb、Al或者Ta中之一。

如上所述的测试结构，其中，优选的是，所述电连接层和所述电连接部的材质为易剥离导电材料。相对于连接结构易于剥离

如上所述的测试结构，其中，优选的是，所述易剥离导电材料包括Al、Ze中之一。