亚微米堆栈结构约瑟夫森结器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种亚微米堆栈结构约瑟夫森结器件及其制备方法。制备方法包括步骤：提供衬底，于衬底上形成约瑟夫森结堆栈结构；形成初始绝缘层覆盖衬底及约瑟夫森结堆栈结构；对位于约瑟夫森结堆栈结构正上方的初始绝缘层进行第一次光刻刻蚀，以形成第一绝缘环；对剩余的绝缘层进行第二次光刻刻蚀，以形成第二绝缘环；进行化学机械抛光；于剩余的绝缘层中形成接触孔；形成顶电极引出层和底电极引出层。本发明专利技术可以有效降低寄生电感以及避免在结区正上方开孔带来的漏电流和对结区尺寸的限制，为制备亚微米尺寸堆栈SNS约瑟夫森结器件提供了技术支持，还能够减小结电容，避免外部磁场噪声带来的影响，有助于提高制备良率和降低制备成本。备成本。备成本。

【技术实现步骤摘要】
亚微米堆栈结构约瑟夫森结器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及超导器件
，特别是涉及一种亚微米堆栈结构约瑟夫森结器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]SNS约瑟夫森结是一种由超导体层(S)
‑
正常金属层(N)
‑
超导体层(S)构成的三明治夹层结构，是构成许多超导器件和电路的核心元件，在可编程约瑟夫森电压基准、单磁通量子电路、超导量子干涉器件等方面得到广泛应用。由于SNS约瑟夫森结有非回滞以及基本可忽略的电感特性，因此具有工艺简单、器件稳定性强和工艺可重复的优势。在单磁通量子(SFQ)电路的应用中，特征电压V
c
(～I
c
R
n
)和临界电流密度J
c
是与电路最高工作频率息息相关的特征参数，分别决定了SFQ信号的脉冲高度和半高宽，提高特征电压和临界电流密度可以提高SFQ电路的工作频率。堆栈结构是提高特征电压的一个重要方法，它通过在垂直方向上将多个相同的约瑟夫森结串联，从而达到成倍提升特征电压的效果。在SFQ电路中需要的约瑟夫森本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亚微米堆栈结构约瑟夫森结器件的制备方法，其特征在于，包括步骤：提供衬底，于所述衬底上形成约瑟夫森结堆栈结构，所述约瑟夫森结堆栈结构自下而上包括依次交替叠置的超导层和势垒层，以及位于顶部的顶层超导电极层，其中，位于最底部的超导层的厚度大于其他超导层的厚度，且最底部的超导层的上表面部分显露于所述约瑟夫森结堆栈结构的表面而成为电性引出区；形成初始绝缘层，所述初始绝缘层覆盖所述衬底及所述约瑟夫森结堆栈结构，所述初始绝缘层具有非平坦表面，且所述初始绝缘层的上表面与所述约瑟夫森结堆栈结构的上表面具有间距；对位于所述约瑟夫森结堆栈结构上方的所述初始绝缘层进行第一次光刻刻蚀，以形成第一绝缘环，并使剩余的绝缘层的上表面与所述约瑟夫森结堆栈结构的上表面具有间距；对剩余的绝缘层进行第二次光刻刻蚀，以于所述第一绝缘环的外侧形成第二绝缘环，并使剩余的绝缘层的上表面与所述约瑟夫森结堆栈结构的上表面具有间距；对前述步骤得到的结构进行化学机械抛光以显露出所述顶层超导电极层；于剩余的绝缘层中形成接触孔，所述接触孔显露出所述电性引出区；形成顶电极引出层和底电极引出层，所述顶电极引出层位于所述顶层超导电极层的表面，且与所述顶层超导电极层电连接，所述底电极引出层填充所述接触孔，且与最底部的超导层电连接。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，最底部的超导层和顶层超导电极层的厚度为90nm
‑
120nm，除最底部的超导层外的超导层的厚度为20nm
‑
40nm，势垒层的厚度为10nm
‑
25nm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，于所述衬底上形成约瑟夫森结堆栈结构的方法为：采用直流反应磁控溅射工艺于所述衬底上形成依次交替叠置的超导材料层和势垒材料层，之后采用直流反应磁控溅射工艺于顶部的势垒层表面形成顶电极材料层；对形成的超导材料层、势垒材料层和顶电极材料层进行光刻刻蚀以形成所述约瑟夫森结堆栈结构。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述超导材料层、势垒材料层、顶电极材料层均包括Nb元素和N元素，所述势垒材料层和超导材料层的电阻不同。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述势垒层在4.2K温度下的电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭炜，陶元鹤，张露，陈垒，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：