[发明专利]约瑟夫森结的制备方法及约瑟夫森结

说明书

本发明公开了一种约瑟夫森结的制备方法及约瑟夫森结，包括以下步骤：提供一衬底，在衬底上形成牺牲层，在牺牲层上形成感光层，在牺牲层中形成第一沟道，在感光层中形成第二沟道；衬底在第一沟道、第二沟道处形成衬底暴露区；在衬底暴露区、感光层表面形成第一超导金属材料层；氧化第一超导金属材料层，形成第一绝缘材料层；去除牺牲层和感光层；去除第一超导金属材料层表面的第一绝缘材料层；氧化第一超导金属材料层，形成第二绝缘材料层；在第二绝缘材料层表面、衬底表面形成第二超导金属材料层；图形化第二超导金属材料层，刻蚀至第二绝缘材料层，第二超导金属材料层与带有第二绝缘材料层的第一超导金属材料层交叉形成约瑟夫森结。

技术领域

本发明属于超导电子学技术领域，具体涉及一种约瑟夫森结的制备方法及约瑟夫森结。

背景技术

近年来，超导电子学技术在量子计算、高性能数字集成电路、高灵敏磁场探测、精密物理量标定、微波辐射探测等领域有着广泛的需求和应用。而超导约瑟夫森结是超导电子技术中最基础的器件，因此制备高质量的约瑟夫森结，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。但是，目前已有的几种工艺制备的约瑟夫森结在大规模量子计算方面存在不足，高质量和可规模化的条件难以同时满足。双角度蒸发制备的铝约瑟夫森结，虽然质量高，但不利于集成度提高规模化；且与常规半导体技术差别很多，而平面工艺制备的铝约瑟夫森结，不可避免需要引入的绝缘层或者其它不可控因素，这既增加了工艺步骤，又引入了可能影响器件退相干的因素。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种约瑟夫森结的制备方法及约瑟夫森结，以期至少部分地解决上述技术问题。

为实现上述目的，作为本发明的一个方面，一种约瑟夫森结的制备方法，包括以下步骤：提供一衬底，在衬底上形成牺牲层，在牺牲层上形成感光层，在牺牲层中形成第一沟道，在感光层中形成第二沟道；第二沟道设置在第一沟道的上方，且第一沟道的宽度大于第二沟道的宽度；衬底在第一沟道、第二沟道处形成衬底暴露区；在衬底暴露区、感光层表面形成第一超导金属材料层；氧化第一超导金属材料层，形成第一绝缘材料层；去除牺牲层和感光层；去除第一超导金属材料层表面的第一绝缘材料层；氧化第一超导金属材料层，形成第二绝缘材料层；在第二绝缘材料层表面、衬底表面形成第二超导金属材料层；图形化第二超导金属材料层，刻蚀至第二绝缘材料层，第二超导金属材料层与带有第二绝缘材料层的第一超导金属材料层交叉形成约瑟夫森结。

根据本发明实施例，牺牲层的厚度为第一超导金属材料层的厚度的1～2倍；衬底暴露区的纵向截面呈倒置的T型。

根据本发明实施例，第一超导金属材料层、第二超导金属材料层的纵截面呈拱形。

根据本发明实施例，第一超导金属材料层、第二超导金属层的金属材料包括铝、铌、镍中的任意一种。

根据本发明实施例，在衬底暴露区、感光层表面形成第一超导金属材料层包括采用电子束蒸发法或磁控溅射法在衬底暴露区、感光层表面形成第一超导金属材料层。

根据本发明实施例，去除第一超导金属材料层表面的第一绝缘材料层包括采用氩等离子体去除第一超导金属材料层表面的第一绝缘材料层。

根据本发明实施例，在第二绝缘材料层、衬底表面形成第二超导金属材料层包括采用电子束蒸发法或磁控溅射法在第二绝缘材料层、衬底表面形成第二超导金属材料层。

根据本发明实施例，氧化第一超导金属材料层形成第一绝缘材料层或第二绝缘材料层包括采用氧气氧化法、测控溅射法、原子层沉积法中的任意一种方法氧化第一超导金属材料层形成第一绝缘材料层或第二绝缘材料层。

根据本发明实施例，氧化第一超导金属材料层，形成第一绝缘材料层或第二绝缘材料层，包括采用氧气氧化法，在氧气流量5～100sccm、压力1～100mtorr的室温环境下氧化第一超导金属材料层形成第一绝缘材料层或第二绝缘材料层。