[发明专利]用于半导体-超导体混合结构的超导体异质结构

说明书

半导体‑超导体混合结构(10)(优选采用纳米线的形式)包括在半导体层(12)上的超导体异质结构(14)。超导体异质结构至少包括在半导体层上的第一超导体层(14A)和在第一超导体层上的第二超导体层(14B)，其中第一超导体层包括第一超导材料并且第二超导体层包括与第一超导材料不同的第二超导材料。通过提供多层不同的超导材料，诸如铝和铅，与传统的超导同质结构相比，可以改善超导体异质结构的超导和物理性质，由此提高半导体‑超导体混合结构的性能。

技术领域

本公开涉及超导体异质结构，并且具体地涉及用于半导体-超导体混合结构(诸如拓扑选择性区域生长(SAG)纳米线和超导量子位)的超导体异质结构。

背景技术

许多量子计算器件(诸如拓扑选择性区域生长(SAG)纳米线和超导量子位)依赖于半导体-超导体混合结构中的半导体与超导体之间的耦合，以提供适用于量子操作的材料特性。在传统的量子器件中，在半导体上提供超导体同质结构以提供半导体-超导体混合结构。超导体同质结构是单一的超导材料，诸如铝。超导材料表现出诸如临界温度、临界场、超导间隙、2e周期性等超导特性。此外，超导材料表现出诸如熔化温度、蚀刻特性、晶格常数、氧化反应等物理/结构特性。针对超导体同质结构而选择的超导材料的性质连同在其上提供超导体同质结构的半导体的性质一起，决定了这两者之间的半导体-超导体界面的一种或多种性质，诸如诱发型超导间隙、晶格关系等。

虽然超导材料和半导体材料的某些组合已示出了用于量子计算器件的前景，但超导体同质结构通常不能提供创建稳健且可靠的量子计算器件(诸如拓扑SAG纳米线和超导量子位)所必需的性质。因此，需要改进的半导体-超导体混合结构以用于提供量子计算器件。

发明内容

在一个实施例中，半导体-超导体混合结构包括半导体层和在该半导体层上的超导体异质结构。超导体异质结构包括在半导体层上的第一超导体层和在第一超导体层上的第二超导体层。第一超导体层包括第一超导材料，该第一超导材料被选择为与半导体具有结构和电学兼容性，并且第二超导体层包括不同于第一超导材料的第二超导材料。通过将超导体异质结构提供为多层不同的超导材料，与传统的超导同质结构相比，可以改善超导体异质结构的超导和物理性质，由此提高半导体-超导体混合结构的性能。

在一个实施例中，一种用于制造半导体-超导体混合结构的方法包括：提供半导体层和在半导体层上提供超导体异质结构。超导体异质结构包括在半导体层上的第一超导体层和在第一超导体层上的第二超导体层。第一超导体层包括第一超导材料，该第一超导材料被选择为与半导体具有结构和电学兼容性，并且第二超导体层包括不同于第一超导材料的第二超导材料。通过将超导体异质结构提供为多层不同的超导材料，与传统的超导同质结构相比，可以改善超导体异质结构的超导和物理性质，由此提高半导体-超导体混合结构的性能。

在阅读以下结合附图对优选实施例的详细描述之后，本领域技术人员将理解本公开的范围并实现其附加方面。

附图说明

被并入并形成本说明书一部分的附图图示了本公开的若干方面，并且与描述一起用于解释本公开的原理。

图1图示了根据本公开的一个实施例的包括超导体异质结构的半导体-超导体混合结构。

图2图示了根据本公开的一个实施例的包括超导体异质结构的半导体-超导体混合结构。

图3图示了根据本公开的一个实施例的包括超导体异质结构的半导体-超导体混合结构。

图4是图示了根据本公开的一个实施例的用于制造半导体-超导体混合异质结构的方法的流程图。

具体实施方式

下面所阐述的实施例代表了使本领域技术人员能够实施实施例并说明实施实施例的最佳模式所必需的信息。在根据附图阅读以下描述后，本领域技术人员将理解本公开的概念并且将认识到这些概念在本文中未特别提及的应用。应当理解，这些概念和应用落入本公开和所附权利要求的范围内。