一种纳米超导量子干涉器件及其制备方法技术

本申请提供一种纳米超导量子干涉器件及其制备方法，该纳米超导量子干涉器件包括：自下而上形成于衬底上的第一电极、纳米侧壁结构以及第二电极；其中，纳米侧壁结构包括竖直于所述第一电极和所述第二电极之间的第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁和所述第二侧壁的两端分别连接所述第一电极和所述第二电极，形成两个并联的纳米桥结。本申请的纳米超导量子干涉器件通过原子在刻蚀过程中的再沉积原理，形成竖直于衬底的纳米侧壁结构，以形成竖直于衬底的超导环，具有尺寸小、可阵列化、可大规模集成等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米超导量子干涉器件及其制备方法
本专利技术涉及超导器件结构设计领域，特别涉及一种纳米超导量子干涉器件及其制备方法。
技术介绍
超导量子干涉器(superconductingquantuminterferencedevice，SQUID)是利用超导环路中弱连接的约瑟夫森结构成的器件，它可以将变化的磁通转换为电压或者电流信号，即可以将微弱的磁场变化转换为可测量的电压或者电流信号，因此可以用来检测微弱磁场的变化。很多超导有源器件都是在SQUID的基础上制备的，其中磁传感器、数字逻辑电路、放大器等设备的核心器件都是SQUID，它具有常规的传感器无法比拟的对弱磁场变化的量子级的灵敏响应特性。近年来，针对纳米超导量子干涉器(NanoSQUID)的研究引起了人们的兴趣，NanoSQUID对背景磁场不敏感，适于进行局部磁测量，可对一个或几个电子自旋和纳米粒子的磁化反转(纳米磁性)进行检测。当SQUID的几何面积达到200*200nm2时，磁矩噪声的谱密度可低至几个μB/Hz1/2(μB是玻尔磁子)，为了达到合适的灵敏度，SQUID的超导环尺寸必须尽可能小(100-200nm)，所以要求约瑟夫森结具有深亚微米尺寸。由于制造工艺的限制，传统的隧道约瑟夫森结不能用于NanoSQUID的制备，而通过电子束光刻(EBL)或聚焦离子束(FIB)制造的Dayem纳米桥(超导膜的纳米收缩)结，因其长度和宽度可实现小于一百纳米，可以很好地替代隧道型结形成NanoSQUID，但是电子束光刻(EBL)或聚焦离子束(FIB)的成本较高，而且在超导环尺寸进入纳米级后，无法实现较好的片上重复性，从而限制了其大规模的集成应用。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种纳米超导量子干涉器件及其制备方法，用于解决现有技术中纳米超导量子干涉器件片上重复性差、制备成本高、不易大规模集成应用等问题。为解决上述技术问题，本申请公开了一种纳米超导量子干涉器件，包括自下而上形成于衬底上的第一电极、纳米侧壁结构以及第二电极；其中，纳米侧壁结构包括竖直于所述第一电极和所述第二电极之间的第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁和所述第二侧壁的两端分别连接所述第一电极和所述第二电极，形成两个并联的纳米桥结。可选地，所述纳米超导量子干涉器件还包括形成于所述第一电极和所述第二电极之间的绝缘介质层，所述第一侧壁和所述第二侧壁位于所述绝缘介质层中。可选地，所述第一电极和所述纳米侧壁结构的材料包括超导材料中的至少一种；和/或，所述第一电极和所述纳米侧壁结构的材料包括Nb、NbN等超导材料，也包括Ti、Al、Ni、Ru、Ir、Au、Pt、Co、Ag等常规金属材料或者合金中的任一种。可选地，所述第二电极和所述纳米侧壁结构的材料包括超导材料中的至少一种；和/或，所述第二电极和所述纳米侧壁结构的材料包括Nb、NbN等超导材料，也包括Ti、Al、Ni、Ru、Ir、Au、Pt、Co、Ag等常规金属材料或者合金中的任一种。可选地，所述第一侧壁和所述第二侧壁的厚度为10nm～10μm。本申请实施例另一方面提供了一种纳米超导量子干涉器件的制备方法，包括如下步骤：获取衬底，于所述衬底上形成第一电极材料层；图形化所述第一电极材料层以定义纳米桥结区域，并于所述纳米桥结区域的边缘形成包围所述纳米桥结区域且竖直于所述第一电极材料层的纳米侧壁结构；图形化所述第一电极材料层以于所述衬底上形成第一电极；于所述衬底、所述第一电极以及所述纳米侧壁结构上形成绝缘介质层，并将所述绝缘介质层的上表面抛光至暴露所述纳米侧壁结构；于所述绝缘介质层上形成第二电极材料层；图形化所述第二电极材料层以形成第二电极，得到纳米超导量子干涉器件。可选地，所述第一电极材料层和所述第二电极材料层的厚度为20nm～500nm，所述绝缘介质层的厚度为50nm～10μm。可选地，所述图形化所述第一电极材料层以于所述衬底上形成第一电极，包括：用掩膜材料定义第一电极图形区域，通过干法刻蚀法或湿法刻蚀法刻蚀所述第一电极材料层得到第一电极。可选地，所述图形化所述第二电极材料层以形成第二电极，包括：用掩膜材料定义第二电极图形区域，通过干法刻蚀法或湿法刻蚀法刻蚀所述第二电极材料层得到第二电极。可选地，所述图形化所述第一电极材料层以定义纳米桥结区域，并于所述纳米桥结区域的边缘形成包围所述纳米桥结区域且竖直于所述第一电极材料层的纳米侧壁结构，包括：用掩膜材料定义纳米桥结区域，采用离子束刻蚀工艺对所述第一电极材料层进行刻蚀，以于所述纳米桥结区域形成凸出于所述第一电极材料层上的凸台结构，同时利用刻蚀过程中原子的再沉积于所述纳米桥结区域的外壁表面形成延伸出所述凸台结构的纳米侧壁结构。采用上述技术方案，本专利技术所述的具有如下有益效果：本申请的纳米超导量子干涉器件通过原子在刻蚀过程中的再沉积原理，形成竖直于衬底的纳米侧壁结构，以形成竖直于衬底的超导环，具有尺寸小、可阵列化、可大规模集成等优点，且本申请的纳米超导量子干涉器件的制备工艺流程简单，且制备精确、不受限于光刻的精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例一种可选的纳米超导量子干涉器件的剖面图；图2为本申请实施例一种可选的纳米超导量子干涉器件的制备流程图；图3为本申请实施例一种可选的纳米超导量子干涉器件的制备方法中步骤S1所得产物的结构示意图；图4为本申请实施例一种可选的纳米超导量子干涉器件的制备方法中步骤S2所得产物的结构示意图；图5为本申请实施例一种可选的纳米超导量子干涉器件的制备方法中步骤S2所得产物的俯视图；图6为本申请实施例一种可选的纳米超导量子干涉器件的制备方法中步骤S3所得产物的结构示意图；图7为本申请实施例一种可选的纳米超导量子干涉器件的制备方法中步骤S4所得产物的结构示意图；图8为本申请实施例一种可选的纳米超导量子干涉器件的制备方法中步骤S5所得产物的结构示意图；图9为本申请实施例一种可选的纳米超导量子干涉器件的制备方法中步骤S6所得产物的俯视图。以下对附图作补充说明：1-衬底；2-第一电极；3-第二电极；4-第一侧壁；5-第二侧壁；6-绝缘介质层；21-第一电极材料层；22-纳米桥结区域；23-侧壁结构；24-第二电极材料层。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米超导量子干涉器件，其特征在于，包括自下而上形成于衬底(1)上的第一电极(2)、纳米侧壁结构以及第二电极(3)；/n所述纳米侧壁结构包括竖直于所述第一电极(2)和所述第二电极(3)之间的第一侧壁(4)和第二侧壁(5)，所述第一侧壁(4)和所述第二侧壁(5)的两端分别连接所述第一电极(2)和所述第二电极(3)，形成两个并联的纳米桥结。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米超导量子干涉器件，其特征在于，包括自下而上形成于衬底(1)上的第一电极(2)、纳米侧壁结构以及第二电极(3)；
所述纳米侧壁结构包括竖直于所述第一电极(2)和所述第二电极(3)之间的第一侧壁(4)和第二侧壁(5)，所述第一侧壁(4)和所述第二侧壁(5)的两端分别连接所述第一电极(2)和所述第二电极(3)，形成两个并联的纳米桥结。


2.根据权利要求1所述的纳米超导量子干涉器件，其特征在于，还包括形成于所述第一电极(2)和所述第二电极(3)之间的绝缘介质层(6)，所述第一侧壁(4)和所述第二侧壁(5)位于所述绝缘介质层(6)中。


3.根据权利要求1所述的纳米超导量子干涉器件，其特征在于，所述第一电极(2)和所述纳米侧壁结构的材料包括超导材料中的至少一种；和/或，
所述第一电极(2)和所述纳米侧壁结构的材料包括Ti、Al、Ni、Ru、Ir、Au、Pt、Co、Ag中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的纳米超导量子干涉器件，其特征在于，所述第二电极(3)和所述纳米侧壁结构的材料包括超导材料中的至少一种；和/或，
所述第二电极(3)和所述纳米侧壁结构的材料包括Ti、Al、Ni、Ru、Ir、Au、Pt、Co、Ag中的至少一种。


5.根据权利要求1所述的纳米超导量子干涉器件，其特征在于，所述第一侧壁(4)和所述第二侧壁(5)的厚度为10nm～10μm。


6.一种纳米超导量子干涉器件的制备方法，其特征在于，包括：
获取衬底，于所述衬底上形成第一电极材料层；
图形化所述第一电极材料层以定义纳米桥结区域，并于所述纳米桥结区域的边缘形成包围所述纳米桥结区域且竖直于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：应利良，许婉宁，任洁，王镇，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31