[发明专利]约瑟夫森结结构、存储单元、存储单元阵列及制备方法

摘要

本发明提供一种约瑟夫森结结构、存储单元、存储单元阵列及制备方法，约瑟夫森结结构的制备包括：提供半导体衬底，依次形成底层NbN材料层、中间铁磁材料层及顶层NbN材料层；刻蚀以得到由底层NbN层、中间铁磁层及顶层NbN层构成的约瑟夫森结；形成绝缘层以及配线层，且配线层至少与顶层NbN层电连接。通过上述方案，本发明的约瑟夫森结结构，基于单晶NbN材料，可以提高约瑟夫森结的响应频率，提高了基于该约瑟夫森结的存储器的速度，保证了与其匹配的SQF数字电路的速度优势得以发挥；通过合适的溅射气压、靶基距、混合气体比、溅射电流等，解决了单晶难以制备的问题；通过约瑟夫森结结构的设计以及中间铁磁层工艺的优化，解决了薄膜厚度难以控制的技术问题。

主权项

1.一种约瑟夫森结结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)提供一半导体衬底，并于所述半导体衬底上依次形成底层NbN材料层、中间铁磁材料层以及顶层NbN材料层，其中，所述底层NbN材料层的材料、所述顶层NbN材料层的材料均包括单晶NbN，所述中间铁磁材料层的厚度介于2～10nm之间，其中：所述单晶NbN均采用在氮气和氩气构成的混合气体的气氛下，利用铌靶材进行溅射的工艺制备得到，所述混合气体中氩气和氮气的比例包括(9～11)：(2～4)；溅射气压介于1～3mTorr之间；溅射电流介于1.0～1.4A之间；靶基距介于60～70mm之间；所述中间铁磁材料层的材料包括NiCu，通过溅射工艺形成所述NiCu，其中，所述溅射工艺中，靶基距介于8～12cm之间；溅射电流介于80～120mA之间；溅射气压介于0.5～1.5mTorr之间；氩气流量介于15～25sccm之间；2)刻蚀去除部分所述顶层NbN材料层、部分所述中间铁磁材料层以及部分所述底层NbN材料层，以得到由底层NbN层、中间铁磁层及顶层NbN层构成的约瑟夫森结；3)于步骤2)所得到结构的表面形成一绝缘层，并于所述绝缘层对应于所述约瑟夫森结的位置形成第一开口，所述第一开口暴露出所述顶层NbN层；以及4)于步骤3)所得到结构的表面形成一超导材料层，并刻蚀所述超导材料层以形成配线层，且所述配线层至少与所述顶层NbN层电连接。