一种改善超导量子器件EMC性能的器件结构与制备方法技术

本发明专利技术提供一种改善超导量子器件EMC性能的器件结构与制备方法，器件结构包括衬底、第一金属层，绝缘结构层，第一金属层及金属屏蔽壳盖之间为超导量子干涉器件的结构区，该结构区其主要包括约瑟夫森结区、势垒层、自感环路和引线结构、配线层、输入线圈、反馈线圈和引线电极等。本发明专利技术可以提高超导量子干涉器件抗干扰能力，减小超导量子干涉器件的封装体积，提高使用系统集成度。本发明专利技术的屏蔽壳仅百微米量级，其本征谐振频率和低频截止频率远高于超导量子干涉器件工作点，避免对器件的影响。此外，集成屏蔽壳采用金属层，可以损耗约瑟夫森结高频辐射，在器件阵列中增加了相邻器件之间的隔离，避免相互串扰。

【技术实现步骤摘要】
一种改善超导量子器件EMC性能的器件结构与制备方法
本专利技术属于半导体器件设计及制造领域，特别是涉及一种改善超导量子器件EMC性能的器件结构与制备方法。
技术介绍
超导量子干涉器件(SQUID)是一种极灵敏的磁通传感器，可以检测任意能转换成磁通的微弱信号。自1960年代问世以来，经半个世纪发展，已经广泛应用于生物磁测量、地球物理探测、无损检测、天文观测以及放大电路系统等各种应用和研究领域。SQUID器件具有极灵敏的探测能力，与常用的半导体探测器相比，更易受外界环境电磁场影响而不能正常工作。主要是因为SQUID器件是由josephson结构成，与半导体的PN结相比，josephson结表现出更复杂的高频特性。首先，josephson结具有高频振荡特性，在工作点处(V～20uV@10GHz)自身高频信号与外界电磁信号耦合，使得SQUID器件工作点处IV与曲线畸形，恶化工作性能，甚至无法正常工作；其次，josephson结具有强的非线性电感特性，与其电容和电路电感构成高频谐振腔，在不同的电磁场信号泵浦下，表现出参量放大的功能；最后，jose本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超导量子干涉器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：/n1)提供衬底；/n2)于所述衬底上，于所述衬底的正面或背面沉积第一金属层；/n3)于所述金属层上沉积第一绝缘层；/n4)于所述第一绝缘层上制备金属电阻层；/n5)于所述金属电阻层上制备第二绝缘层，在所述第二绝缘层上制备形成第一过孔，所述第一过孔用于连接所述金属电阻层；/n6)在所述衬底上依次制备第一超导薄膜层、势垒层和第二超导薄膜层；/n7)对所述第二超导薄膜层的进行刻蚀处理，形成约瑟夫森结区；/n8)对所述势垒层进行刻蚀处理以去除部分的所述势垒层，保留所述约瑟夫森结区下方的所述势垒层；/n9)对所述第一超导薄膜层进行刻蚀处...

【技术特征摘要】
1.一种超导量子干涉器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
1)提供衬底；
2)于所述衬底上，于所述衬底的正面或背面沉积第一金属层；
3)于所述金属层上沉积第一绝缘层；
4)于所述第一绝缘层上制备金属电阻层；
5)于所述金属电阻层上制备第二绝缘层，在所述第二绝缘层上制备形成第一过孔，所述第一过孔用于连接所述金属电阻层；
6)在所述衬底上依次制备第一超导薄膜层、势垒层和第二超导薄膜层；
7)对所述第二超导薄膜层的进行刻蚀处理，形成约瑟夫森结区；
8)对所述势垒层进行刻蚀处理以去除部分的所述势垒层，保留所述约瑟夫森结区下方的所述势垒层；
9)对所述第一超导薄膜层进行刻蚀处理，形成超导量子干涉器件的自感环路和引线结构；
10)于所述第二超导薄膜层上沉积第三绝缘层，在所述第三绝缘层上形成第二过孔，所述第二过孔用于连接所述金属电阻层和引出所述约瑟夫森结的顶电极；
11)于所述第三绝缘层上沉积第三超导薄膜层，对所述第三超导薄膜层进行刻蚀处理，以形成配线层、输入线圈、反馈线圈和引线电极；
12)于所述第三超导薄膜层上沉积第四绝缘层，对第四绝缘层进行平坦化处理；
13)于所述第四绝缘层上沉积第二金属层，对所述第二金属层进行刻蚀处理，以在所述第四绝缘层上形成金属屏蔽壳盖。


2.根据权利要求1所述的超导量子干涉器件的制备方法，其特征在于：
步骤3)还包括：刻蚀所述第一绝缘层形成第一沟槽，所述第一沟槽用于后续制备金属屏蔽壳；
步骤5)还包括：在所述第二绝缘层上制备形成第二沟槽，所述第二沟槽与第一绝缘层沟槽位置对准，用于后续制备金属屏蔽壳；
步骤10)还包括：在所述第三绝缘层上形成第三沟槽，所述第三沟槽与第二沟槽位置对准，用于后续制备金属屏蔽壳；
步骤12)还包括：在所述第四绝缘层上形成第四沟槽，所述第四沟槽与所述第三沟槽位置对准，用于后续制备金属屏蔽壳；
步骤13)还包括：于所述第一沟槽、第二沟槽、第三沟槽及第四沟槽中沉积第二金属层，对所述第二金属层进行刻蚀处理，以在所述第一沟槽、第二沟槽、第三沟槽及第四沟槽中形成四周金属壁，与所述第一金属层及所述金属屏蔽壳盖共同构成超导量子干涉器件封闭的金属屏蔽壳，所述金属屏蔽壳的尺寸为百微米量级。


3.根据权利要求1所述的超导量子干涉器件的制备方法，其特征在于：所述第一金属层及第二金属层采用非超导薄膜层，所述非超导薄膜层不仅屏蔽环境电磁场信号，而且使由环境或约瑟夫森结辐射的高频信号被快速损耗掉，避免超导薄膜感应电流形成涡流而影响超导量子干涉器件正常工作。


4.根据权利要求1所述的超导量子干涉器件的制备方法，其特征在于：所述第一金属层包括金层、铜层、钯层中的任意一种；当超导量子干涉器件工作在4K时，所述第一金属层包括金层、铜层、钯层、铝层及钼层中的任意一种；所述第二金属层包括金层、铜层、钯层中的任意一种；当超导量子干涉器件工作在4K时，所述第一金属层包括金层、铜层、钯层、铝层及钼层中的任意一种；所述金属电阻层包括TiPd层或TiAuPd层中的任意一种；当超导量子干涉器件工作在4K时，所述金属电阻层包括TiPd层、TiAuPd层及Mo层中的任意一种。


5.根据权利要求1所述的超导量子干涉器件的制备方法，其特征在于：所述衬底包括Si/SiO2衬底、MgO衬底及Al2O3衬底中的任意一种；所述第一绝缘层包括SiO2层、SiO层或MgO层中的任意一种；所述第二绝缘层包括SiO2层、SiO层或MgO层中的任意一种；所述第三绝缘层包括SiO2层、SiO层或MgO层中的任意一种；所述第四绝缘层包括SiO2层、SiO层或MgO层中的任意一种。


6.根据权利要求1所述的超导量子干涉器件的制备方法，其特征在于：所述第一超导薄膜层、所述势垒层和所述第二超导薄膜层构成的结构包括Nb/Al-AlOx/Nb结构、NbN/Al-AlOx/NbN结构或NbN/AlN/NbN...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍文涛，林志荣，倪志，梁恬恬，王永良，张国峰，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