超导装置和制造超导装置的方法制造方法及图纸

一种量子干涉装置，包括被正常导体段中断的超导环路和连接到正常导体段的干涉仪，其中，超导环路包括多个匝。所述匝可以是多个相邻的瓣。线圈可以位于超导环路的瓣内。可选地，桥接层(例如由金制成的桥接层)形成在衬底上方，以在桥接层上方形成的超导层(例如由铌制成的超导层)和桥接层上方形成的正常导电层(例如由钛制成的正常导电层)之间形成电接触。桥接层使得该装置由原本不相容的超导材料和普通导电材料形成。可以使得钛正常导电层能够在数年的时间内氧化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超导装置和制造超导装置的方法
本专利技术涉及超导装置和制造超导装置的方法。
技术介绍
在WO2012/007736A1中公开了各种量子干涉装置，其可以用作通量传感器、晶体管或量子位。在所附的图1和图2中描绘了所述装置的两个示例。在图1的装置中，量子干涉装置50包括被正常导体段52中断的超导环路51，该正常导体段52在接合点53、54处连接到超导环路51。干涉仪55的两个分支10连接到正常导体段52。两个分支55a、55b连接到正常导体段52的中点以形成十字。干涉仪的第一分支55a包括将正常引线57、58与正常导体段52分开的隔板56。干涉仪的第二分支55b包括连接到正常导体段52的正常支路59以及超导引线60、61。当电流通过干涉仪55时，准粒子从正常：超导界面53、54反射(安德列夫反射)。通过超导环路51的通量影响界面53和界面54之间的相位差，并因此在由两个边界反射的电子之间引起量子干涉。因此通过干涉仪55的电流I对通量Φ敏感。在图2的变体中，设置额外电流引线62、63以将干涉仪转换为晶体管。跨干涉仪的电导受超导线中的偏置电流Ib控制。WO2012/007736A1教导了这样的装置的超导部件由铝(Al)或铌(Nb)制成。因为Al的自然氧化形成钝化层，因此Al是有利的，但Nb具有更高的临界温度Tc。建议装置的正常导电部件由镁(Mg)、锑(Sb)、铋(Bi)、碳纳米管或石墨烯构成。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供改进的量子干涉装置。根据本专利技术，提供了一种量子干涉装置，该量子干涉装置包括被正常导体段中断的超导环路和连接到正常导体段的干涉仪，其中，超导环路包括多个匝。根据本专利技术，提供了一种量子干涉装置，该量子干涉装置包括被正常导体段中断的超导环路和连接正常导体段的干涉仪；其中，超导环路包括两个或更多个瓣。附图说明下面参照附图进一步描述本专利技术的示例性实施例，在附图中：图1描绘了本领域已知的量子干涉装置；图2描绘了本领域已知的另一量子干涉装置；图3描绘了在制造本领域已知的量子干涉装置时出现的问题；图4描绘了本专利技术的实施例中的超导体和正常导体之间的接合点；图5描绘了本专利技术的实施例中的超导体和正常导体之间的另一接合点；图6示意性地描绘了根据本专利技术的实施例的量子干涉装置；图7是图6的量子干涉装置的一部分的放大图；图8示意性地描绘了根据本专利技术的实施例的量子干涉装置；图9示意性地描绘了根据本专利技术的实施例的量子干涉装置；图10示意性地描绘了根据本专利技术的实施例的量子干涉装置；图11示意性地描绘了根据本专利技术的实施例的包括量子干涉装置的梯度仪；图12描绘了根据本专利技术的实施例的包括量子干涉装置的梯度仪的片上布置；图13示意性地描绘了根据本专利技术的实施例的包括多个量子干涉装置的梯度仪；以及图14描绘了根据本专利技术的实施例的包括多个量子干涉装置的梯度仪装置的片上布置。在各个附图中，相似的部件由相似的附图标记表示。具体实施方式本专利技术人已经确定，在诸如图1和图2中所描绘的那些装置的正常部件和超导部件之间可靠地形成接合点时出现困难。这可以参照图3进行解释，图3描绘了超导环路51和正常导体段52之间的接合点。首先将由例如铌制成的超导环路51沉积到衬底上，然后沉积正常导体52以进行交叠。用于正常导体段52的候选材料是铝(假定在高于1.2K的温度下操作)和锑。其中，因为铝相对容易处理，并且铝的自限性氧化行为对于形成钝化层是有用的，因此从表面上看铝是优选的。锑是一种有毒的材料，但具有比铝的电阻率更高的电阻率，这是有用的，因为量子干涉装置的品质因数随着正常段的电阻增大而提高。然而，本专利技术人已经确定，当将铝层沉积在铌层的顶部上时，难以在铝层52和铌层51之间形成可靠的接合点。不可能颠倒层的顺序，因为在暴露于空气时非常迅速地在铝层的顶部上形成的自然氧化层阻止电接触。在图4中以横截面描绘了根据本专利技术的示例性实施例的接合点。在衬底S上，桥接层100设置在接合区域中。衬底S可以是标准的硅衬底。桥接层期望地由良好导体例如金(Au)、银(Ag)或铜(Cu)或其合金形成，但桥接层不必是超导的。然后沉积正常层101以与桥接层100的一部分但不是全部交叠。沉积超导层102，以与桥接层的不与正常层101接触的至少一部分交叠。因此，通过桥接层100形成正常层101和超导层102之间的电连接。超导层102可以与正常层101交叠。可选地，如图5所描绘的，超导层102可以与正常层101分离，使得它们之间不存在直接接触。因此，超导层102和正常层101的沉积顺序不受限制。桥接层还增大了对超导层102和正常层101的材料的选择的自由度。由于经由桥接层100进行电连接，所以不需要考虑正常层101和超导层102之间的界面的性质。替代地，桥接层100与正常层101和超导层102中的每个的相容性决定了接合点的性质。本专利技术人已发现金与包括铌(Tc＝9.26K)、铅(Tc＝7.19K)和铝(Tc＝1.20K)的各种超导材料形成良好的电连接。同样，已发现金与适于用作正常层的材料例如铝(在高于1.2K的温度下)、钛(Ti)及其合金形成良好的电连接。由于可以形成可靠的连接，所以本专利技术使得制造量子干涉装置的成本降低。产量的提高不仅弥补了形成桥接层所涉及的附加步骤的额外成本。已知用于半导体制造的标准处理步骤可以用于制造根据本专利技术的实施例的量子干涉装置。电子束刻蚀和光刻蚀可以用于图案化；本专利技术不需要特别高分辨率的图案化。可以通过诸如溅射和各种气相沉积技术的技术来沉积各层。本专利技术可以应用于各种不同类型的量子干涉装置，包括SQUID、HyQUID和Andreev干涉仪。根据本专利技术的量子干涉装置可以用于各种目的，例如，用作磁场(或通量)传感器、晶体管、量子位或用于量子位的读出装置。在本专利技术的实施例中，量子干涉装置的至少一些正常部件由钛制成。迄今为止，因为钛具有化学活性并在空气中氧化，而不会以铝所表现出的方式形成防止进一步氧化的密封层，因此钛不被认为是用于这样的用途的合适材料。因此，期望钛层会及时完全地氧化，使得依赖于其导电性的任何装置都不起作用。然而，通过钛在空气中的氧化形成的氧化钛层实际上并不会无限生长。相反，生长速度减慢，并且在几年的时间内(可能约为4年)，氧化钛层的厚度稳定在约40nm，其所消耗比原始钛层的厚度的消耗略小。因此，通过提供厚度大于钛的钝化深度例如大于40nm的初始钛层，可以确保未氧化的钛的导电层得到保留。在实施例中，初始钛层的厚度比钛的钝化深度大至少20nm。在根据本专利技术的实施例的量子干涉装置中，使用钛层作为中断超导环路的正常部件可以提供另外的优点。随着钛层氧化，其电阻增大，从而增大装置的正常部件的电阻。这改善了装置的操作。图6中示意性地描绘了例如可用作通量传感器或磁力计的改进的量子干涉装置150。量子干涉装置150包括被正常导体段152中断的超导环路151。超导环路151和正常导体段152可以由上面讨论的相应的超导材料和正常导电材料中的任何一种形成。正常：超导接合点153、154形成在正常导体段152的端部。横档155连接在正常导体段152的中点处以形成干涉仪。横档155期望地由与正常导体段152相同的材料并且与正常导体段152同时形成。如上所讨论的，当通量φ施加到超导环路151时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种量子干涉装置，包括：被正常导体段中断的超导环路；以及连接到所述正常导体段的干涉仪，其中，所述超导环路包括多个匝。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.03 GB 1515620.11.一种量子干涉装置，包括：被正常导体段中断的超导环路；以及连接到所述正常导体段的干涉仪，其中，所述超导环路包括多个匝。2.根据权利要求1所述的量子干涉装置，其中，所述多个匝包括多个相邻的瓣。3.根据权利要求2所述的量子干涉装置，还包括位于所述超导环路的瓣内的线圈。4.根据权利要求3所述的量子干涉装置，具有两个瓣以及位于所述超导环路的每个瓣内的线圈。5.一种磁力计装置，包括：根据权利要求4所述的量子干涉装置；拾波线圈，所述拾波线圈连接到位于所述超导环路的一个瓣中的线圈；以及反馈电流源，所述反馈电流源连接到位于所述超导环路的另一瓣中的线圈。6.根据权利要求3所述的量子干涉装置，具有四个瓣以及位于所述超导环路的每个瓣内的线圈。7.一种梯度仪装置，包括：根据权利要求6所述的量子干涉装置；拾波线圈，所述拾波线圈连接到位于所述超导环路的两个瓣中的线圈；以及反馈电流源，所述反馈电流源连接到位于所述超导环路的另外两个瓣中的线圈。8.一种梯度仪装置，包括：串联连接的多个根据权利要求6所述的量子干涉装置；拾波线圈，所述拾波线圈连接到位于每个量子干涉装置的所述超导环路的两个瓣中的线圈；以及反馈电流源，所述反馈电流源连接到位于所述超导环路的另外两个瓣中的线圈。9...

【专利技术属性】
技术研发人员：维克托·梯克欧维科·佩特拉受维，克里斯多夫·切克雷，
申请(专利权)人：皇家霍洛威和贝德福德新学院，
类型：发明
国别省市：英国,GB