约瑟夫森结器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种约瑟夫森结器件的制备方法，包括：提供衬底；在所述衬底表面形成间隔设置的第一电极和第二电极，在所述衬底表面形成间隔区域；分别提供第一超导材料薄膜和第二超导材料薄膜，所述第一超导材料薄膜和所述第二超导材料薄膜为层状超导材料，所述层状超导材料包括绝缘层和超导层；将所述第一超导材料薄膜转移至所述衬底表面，使所述第一超导材料薄膜同时覆盖部分所述间隔区域及部分所述第一电极；以及将所述第二超导材料薄膜转移至所述衬底表面，使所述第二超导材料薄膜同时覆盖部分所述第一超导材料薄膜、部分所述间隔区域及部分所述第二电极。本发明专利技术还公开了一种约瑟夫森结器件。

Josephson junction device and its preparation

【技术实现步骤摘要】
约瑟夫森结器件及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，特别是涉及约瑟夫森结器件及其制备方法。
技术介绍
约瑟夫森结(Josephsonjunction)是指当两个相同或者不同的超导体相互靠近到一定程度而存在弱耦合的情况下，可以实现库珀对(Copperpair)隧穿的一种结构。约瑟夫森结是研究很多物理本质和实际应用的基础，例如超导量子干涉器(SQUID)等等。最早，人们主要是对常规超导体(铅Pb、锡Sn等)的约瑟夫森结进行了研究。而制备这种结构采用最普遍的方法是在两个超导体之间沉积或氧化1nm～3nm的绝缘层。但是对于常规超导体的应用有一定的局限性，例如超导转变温度低，需要在4.2K液氦温度区进行，甚至到稀释制冷的温度(10mK)。后来，采用非常规超导体制备的约瑟夫森结样品都是厚度非常厚的样品，最薄的也有几百纳米，多于100个元胞的厚度(例如：Bi2212的一个元胞的厚度约为3.07nm)。对于这样厚度的样品很难保证在结区的所有区域都是均匀、平整的，不可避免的会有错层，使得临界电流的方向不再均一和稳定。为了最后的电输运测量，需要在约瑟夫森结上制备电极。对于薄的约瑟夫森结器件的常规做法是先在衬底形成约瑟夫森结薄膜，再在约瑟夫森结薄膜上制备电极，制备电极过程中的化学试剂和制备工艺会对某些约瑟夫森结薄膜样品造成不可逆的损坏。
技术实现思路
基于此，有必要针对在约瑟夫森结薄膜表面制备电极过程中，约瑟夫森结薄膜容易被破坏的问题，提供一种约瑟夫森结器件及其制备方法。一种约瑟夫森结器件的制备方法，包括：提供衬底；在所述衬底表面形成间隔设置的第一电极和第二电极，在所述衬底表面形成间隔区域；分别提供第一超导材料薄膜和第二超导材料薄膜，所述第一超导材料薄膜和所述第二超导材料薄膜为层状超导材料，所述层状超导材料包括绝缘层和超导层；将所述第一超导材料薄膜转移至所述衬底表面，使所述第一超导材料薄膜同时覆盖部分所述间隔区域及部分所述第一电极；以及将所述第二超导材料薄膜转移至所述衬底表面，使所述第二超导材料薄膜同时覆盖部分所述第一超导材料薄膜、部分所述间隔区域及部分所述第二电极。在其中一个实施例中，还包括对所述第一超导材料薄膜和所述第二超导材料薄膜的重叠部分进行退火的步骤。在其中一个实施例中，所述退火温度为500℃～600℃。在其中一个实施例中，所述退火时间为5分钟～30分钟。在其中一个实施例中，所述分别提供第一超导材料薄膜和第二超导材料薄膜的步骤包括：分别提供第一超导材料的单晶样品和第二超导材料的单晶样品；分别用胶带粘贴所述第一超导材料的单晶样品和第二超导材料的单晶样品，使所述第一超导材料和所述第二超导材料解理到所述胶带上；提供转移介质；以及用负载有所述第一超导材料或所述第二超导材料的胶带粘贴所述转移介质，使所述第一超导材料薄膜或所述第二超导材料薄膜负载在所述转移介质上。在其中一个实施例中，所述将所述第一超导材料薄膜转移至所述衬底表面的步骤包括：将所述第一电极、所述第二电极和所述衬底形成的第一层叠结构向靠近所述转移介质的方向移动，使所述第一超导材料薄膜与所述第一电极及所述间隔区域贴合；以及将所述第一层叠结构向远离所述转移介质的方向移动，使所述转移介质和所述第一超导材料薄膜分离。在其中一个实施例中，还包括：在移动贴合所述第一层叠结构之前，调整所述第一层叠结构的位置，使所述转移介质的负载有所述第一超导材料薄膜的表面与所述衬底表面相对设置，并且所述第一超导材料薄膜在所述衬底表面的投影区域限定在所述间隔区域和所述第一电极上。在其中一个实施例中，所述将所述第二超导材料薄膜转移至所述衬底表面的步骤包括：将所述第一超导材料薄膜、所述第一电极、所述第二电极和所述衬底形成的第二层叠结构向靠近所述转移介质的方向移动，使所述第二超导材料薄膜与所述第一超导材料薄膜、所述间隔区域及所述第二电极贴合；以及将所述第二层叠结构向远离转移介质的方向移动，使所述转移介质和所述第二超导材料薄膜分离。在其中一个实施例中，还包括：在贴合所述第二层叠结构之前，调整所述第二层叠结构的位置，使所述转移介质的负载有所述第二超导材料薄膜的表面与所述衬底表面相对设置，并且所述第二超导材料薄膜在所述衬底表面的投影区域限定在所述间隔区域和所述第二电极上。在其中一个实施例中，所述转移介质的材料包括聚二甲基硅氧烷和聚碳酸亚丙酯中的一种或多种。一种所述的约瑟夫森结器件的制备方法制备的约瑟夫森结器件，包括依次叠加设置的：衬底；间隔设置在所述衬底表面的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极在所述衬底表面形成间隔区域；第一超导材料薄膜，所述第一超导材料薄膜同时覆盖部分所述间隔区域及部分所述第一电极；以及第二超导材料薄膜，所述第二超导材料薄膜同时覆盖部分所述第一超导材料薄膜、部分所述间隔区域及部分所述第二电极。在其中一个实施例中，所述第一超导材料薄膜包括铜基氧化物高温超导材料，和/或所述第二超导材料薄膜包括铜基氧化物高温超导材料。在其中一个实施例中，所述第一超导材料薄膜包括Bi2212、Bi2201、Bi2223及Bi2234中的至少一种，和/或所述第二超导材料薄膜包括Bi2212、Bi2201、Bi2223及Bi2234中的至少一种。在其中一个实施例中，所述第一超导材料薄膜的厚度为1.5nm～100nm，所述第二超导材料薄膜的厚度为1.5nm～100nm。在其中一个实施例中，所述衬底为二氧化硅/硅、砷化镓、玻璃、氧化镁及钛酸锶中的至少一种。在其中一个实施例中，所述第一电极为沿背离所述衬底表面的方向依次叠加设置的钛层和金层，和/或所述第二电极为沿背离所述衬底表面的方向依次叠加设置的钛层和金层。在其中一个实施例中，所述第一电极有多个，所述多个第一电极沿与所述第一电极和所述第二电极相对的方向垂直的方向并列设置，所述第二电极有多个，所述多个第二电极沿与所述第一电极和所述第二电极相对的方向垂直的方向并列设置。本专利技术通过在衬底上先形成第一电极和第二电极，然后依次将第一超导材料薄膜和第二超导材料薄膜转移到衬底、第一电极和第二电极上的方法制备所述约瑟夫森结器件。所述第一超导材料薄膜和所述第二超导材料薄膜的重叠部分形成约瑟夫森结，所述第一电极和所述第二电极分别用于对第一超导材料薄膜和所述第二超导材料薄膜的电学性质的检测，所述第一超导材料薄膜不与所述第二电极接触，所述第二超导材料薄膜不与所述第一电极接触。本专利技术的先形成电极再转移超导材料薄膜的方法能够避免在电极形成过程中对超导材料薄膜性能的损伤，提高约瑟夫森结器件的质量。附图说明图1为本专利技术一实施例的约瑟夫森结器件的制备过程示意图；图2为本专利技术一实施例的第一电极和第二电极的制备过程示意图；图3为本专利技术一实施例的转移台的结构示意图；图4为本专利技术一实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种约瑟夫森结器件的制备方法，包括：/n提供衬底；/n在所述衬底表面形成间隔设置的第一电极和第二电极，在所述衬底表面形成间隔区域；/n分别提供第一超导材料薄膜和第二超导材料薄膜，所述第一超导材料薄膜和所述第二超导材料薄膜为层状超导材料，所述层状超导材料包括绝缘层和超导层；/n将所述第一超导材料薄膜转移至所述衬底表面，使所述第一超导材料薄膜同时覆盖部分所述间隔区域及部分所述第一电极；以及/n将所述第二超导材料薄膜转移至所述衬底表面，使所述第二超导材料薄膜同时覆盖部分所述第一超导材料薄膜、部分所述间隔区域及部分所述第二电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种约瑟夫森结器件的制备方法，包括：
提供衬底；
在所述衬底表面形成间隔设置的第一电极和第二电极，在所述衬底表面形成间隔区域；
分别提供第一超导材料薄膜和第二超导材料薄膜，所述第一超导材料薄膜和所述第二超导材料薄膜为层状超导材料，所述层状超导材料包括绝缘层和超导层；
将所述第一超导材料薄膜转移至所述衬底表面，使所述第一超导材料薄膜同时覆盖部分所述间隔区域及部分所述第一电极；以及
将所述第二超导材料薄膜转移至所述衬底表面，使所述第二超导材料薄膜同时覆盖部分所述第一超导材料薄膜、部分所述间隔区域及部分所述第二电极。


2.根据权利要求1所述的约瑟夫森结器件的制备方法，其特征在于，还包括对所述第一超导材料薄膜和所述第二超导材料薄膜的重叠部分进行退火的步骤。


3.根据权利要求1所述的约瑟夫森结器件的制备方法，其特征在于，所述退火温度为500℃～600℃。


4.根据权利要求1所述的约瑟夫森结器件的制备方法，其特征在于，所述退火时间为5分钟～30分钟。


5.根据权利要求1所述的约瑟夫森结器件的制备方法，其特征在于，所述分别提供第一超导材料薄膜和第二超导材料薄膜的步骤包括：
分别提供第一超导材料的单晶样品和第二超导材料的单晶样品；
分别用胶带粘贴所述第一超导材料的单晶样品和第二超导材料的单晶样品，使所述第一超导材料和所述第二超导材料解理到所述胶带上；
提供转移介质；以及
用负载有所述第一超导材料或所述第二超导材料的胶带粘贴所述转移介质，使所述第一超导材料薄膜或所述第二超导材料薄膜负载在所述转移介质上。


6.根据权利要求5所述的约瑟夫森结器件的制备方法，其特征在于，所述将所述第一超导材料薄膜转移至所述衬底表面的步骤包括：
将所述第一电极、所述第二电极和所述衬底形成的第一层叠结构向靠近所述转移介质的方向移动，使所述第一超导材料薄膜与所述第一电极及所述间隔区域贴合；以及
将所述第一层叠结构向远离所述转移介质的方向移动，使所述转移介质和所述第一超导材料薄膜分离。


7.根据权利要求6所述的约瑟夫森结器件的制备方法，其特征在于，还包括：在贴合所述第一层叠结构之前，调整所述第一层叠结构的位置，使所述转移介质的负载有所述第一超导材料薄膜的表面与所述衬底表面相对设置，并且所述第一超导材料薄膜在所述衬底表面的投影区域限定在所述间隔区域和所述第一电极上。


8.根据权利要求5所述的约瑟夫森结器件的制备方法，其特征在于，所述将所述第二超导材料薄膜转移至所述衬底表面的步骤包括：
将所述第一超导材料薄膜、所述第一电极、所述第二电极和所述衬底形成的第二层叠结构向靠近所述转移介质的...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛其坤，马旭村，张定，朱玉莹，廖孟涵，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11