一种可抑制准粒子中毒的超导数字电路结构及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种可抑制准粒子中毒的超导数字电路结构及其制造方法，电路结构包括衬底、超导结构和正常金属层；所述超导结构设置在所述衬底上，所述正常金属电连接所述超导结构的底电极，所述正常金属层用于抑制超导数字电路制造中产生的准粒子，所述准粒子为库伯对被拆开后的电子。本发明专利技术的超导数字电路能够有效的抑制超导数字电路中准粒子中毒。效的抑制超导数字电路中准粒子中毒。效的抑制超导数字电路中准粒子中毒。

【技术实现步骤摘要】
一种可抑制准粒子中毒的超导数字电路结构及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种超导量子技术，特别是涉及一种可抑制准粒子中毒的超导数字电路结构及其制造方法。

技术介绍

[0002]对于超导量子电路，准粒子(准粒子是指库伯对被拆开后的电子)的产生和存在会带来危害，引起准粒子中毒现象。例如，首先准粒子是一种损耗来源，会引起超导量子比特弛豫和超导谐振腔品质因子降低，而且因为准粒子本身带有电荷，会对对电荷敏感的量子系统产生扰动，例如使量子比特的频率发生变化从而引起相位退相干。所以在超导量子电路需要尽可能避免准粒子中毒的发生。在超导量子电路中引入额外非平衡准粒子的来源有很多，例如温度涨落、电磁辐射、宇宙射线等等，而这些准粒子会使超导量子电路的性能下降。而且一些超导器件或电路本身在工作中也会产生准粒子，比如超导数字电路。以SFQ电路为例，约瑟夫森结触发时，库珀对被拆开产生非平衡准粒子，在超导体中准粒子又通常拥有较长的寿命，传播距离为毫米量级，多个SFQ脉冲产生的准粒子会逐渐累加，最终整个器件将充满准粒子，从而制约了超导数字电路与超导量子比特的片上集成。

技术实现思路

[0003]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种可抑制准粒子中毒的超导数字电路及其制造方法，用于解决现有技术中超导数字电路准粒子中毒现象的问题。
[0004]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种可抑制准粒子中毒的超导数字电路结构，包括衬底、超导结构和正常金属层；所述超导结构设置在所述衬底上，所述正常金属层电连接所述超导结构的底电极，所述正常金属层用于抑制超导数字电路产生的准粒子。
[0005]优选地，所述超导结构包括底电极、第一绝缘材料层、顶电极、第二绝缘材料层、电阻层、第三绝缘材料层和配线层；
[0006]所述第一绝缘材料层设置在底电极和顶电极之间，所述底电极、所述第一绝缘层材料层和所述顶电极形成约瑟夫森结；
[0007]所述第二绝缘材料层设置在所述约瑟夫森结上；
[0008]所述电阻层设置在所述第二绝缘材料层上；
[0009]所述第三绝缘材料层设置在所述第二绝缘材料层、所述电阻层和所述正常金属层的边缘部上；
[0010]所述配线层设置在所述第三绝缘材料层上，并且所述配线层的第一部分电连接所述顶电极和所述电阻层、所述配线层的第二部分电连接所述电阻层和所述底电极。
[0011]优选地，所述正常金属层的边缘部设置在所述第二绝缘材料层上，所述正常金属层的中间部设置于所述底电极上。
[0012]优选地，所述第二绝缘材料层上开设第一连接孔，所述第一连接孔暴露所述顶电
极，所述顶电极通过所述第一连接孔电连接所述配线层的第一部分。
[0013]优选地，所述第三绝缘材料层上开设环孔，所述环孔暴露出所述电阻层，所述电阻层通过所述环孔电连接所述配线层的第一部分和所述配线层的第二部分。
[0014]优选地，所述第三绝缘材料层上开设第二连接孔，所述第二连接孔暴露出所述电阻层，所述第二连接孔用于分离所述配线层的第一部分和所述配线层的第二部分。
[0015]优选地，所述第二连接孔位于所述环孔内，以将所述电阻层的局部裸露于空气中。
[0016]优选地，所述第二绝缘材料层上开设第三连接孔，所述第三连接孔暴露出所述底电极，所述底电极通过所述第三连接孔连接所述配线层的第二部分。
[0017]优选地，所述第二绝缘材料层上开设接触开孔，所述接触开孔暴露出所述底电极，所述底电极通过所述接触开孔与所述正常金属层的中间部电连接。
[0018]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种可抑制准粒子中毒的超导数字电路结构的制造方法，所述制造方法至少包括以下步骤：
[0019]S1，提供衬底，
[0020]S2，在所述衬底表面依次形成三层薄膜，并将三层薄膜刻蚀成约瑟夫森结，所述约瑟夫森结包括底电极、第一绝缘材料层和顶电极；第一绝缘材料层设置在所述底电极和所述顶电极之间；所述底电极设置在所述衬底上；
[0021]S3，在所述约瑟夫森结的结构表面形成第二绝缘材料层，并在所述第二绝缘材料层开设第一连接孔、第三连接孔和接触开孔；所述第一连接孔暴露出所述顶电极，所述第三连接孔暴露出所述底电极，所述接触开孔暴露出所述底电极；
[0022]S4，于所述第二绝缘材料层上形成电阻层，于所述接触开孔的底部及所述接触开孔的边缘的第二绝缘材料层上形成正常金属层，所述正常金属层设置在所述第二绝缘材料层上的部分为正常金属层的边缘部，所述正常金属层通过所述接触开孔设置在所述底电极上的部分为所述正常金属层的中间部；
[0023]S5，形成第三绝缘材料层，所述第三绝缘材料层沉积在所述第二绝缘材料层、所述电阻层和所述正常金属层的边缘上；并在所述第三绝缘材料层开设环孔和第二连接孔，均用于暴露出所述电阻层；
[0024]S6，形成配线层，所述配线层包括第一部分和第二部分，所述配线层的第一部分和所述配线层的第二部分被所述第二连接孔暴露出的电阻层分开，所述配线层的第一部分通过第一连接孔电连接所述顶电极，所述配线层的第一部分和所述配线层的第二部分均通过环孔电连接所述电阻层，所述配线层的第二部分通过第三连接孔连接所述底电极。
[0025]优选地，在步骤S4中，先向所述第二绝缘材料层上溅射粘层，再将所述电阻层溅射在所述第二绝缘材料层上，所述粘层对应于所述电阻层。
[0026]优选地，所述粘层采用的材料为Ti。
[0027]如上所述，本专利技术的一种可抑制准粒子中毒的超导量子电路结构及其制造方法，具有以下有益效果：
[0028]本专利技术的一种超导数字电路结构，包括衬底、超导结构和正常金属层；该超导数字电路结构通过正常金属层制造出包含能够抑制准粒子中毒的正常金属陷阱，就能降低、减少产生的准粒子，可以降低超导数字电路中由准粒子带来的损耗，有助于超导数字电路和超导量子比特的片上集成。
附图说明
[0029]图1显示为本专利技术正常金属陷阱俘获准粒子机制原理示意图。
[0030]图2显示为本专利技术正常金属陷阱部分电子发生非弹性散射损失能量示意图。
[0031]图3显示为本专利技术实施例中超导量子电路结构示意图。
[0032]图4显示为本专利技术实施例中DC/SFQ转换器和CPWR的光学显微镜图。
[0033]图5显示为本专利技术实施例中CPWR
‑
1品质因子测量结果。
[0034]图6显示为本专利技术实施例中CPWR
‑
2品质因子测量结果。
[0035]元件标号说明
[0036]00
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正常金属层
[0037]011
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正常金属层的边缘部
[0038]012
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正常金属层的中间部
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可抑制准粒子中毒的超导数字电路结构，其特征在于，包括衬底、超导结构和正常金属层；所述超导结构设置在所述衬底上，所述正常金属层电连接所述超导结构的底电极，所述正常金属层用于抑制超导数字电路产生的准粒子。2.根据权利要求1所述的可抑制准粒子中毒的超导数字电路结构，其特征在于，所述超导结构包括底电极、第一绝缘材料层、顶电极、第二绝缘材料层、电阻层、第三绝缘材料层和配线层；所述第一绝缘材料层设置在底电极和顶电极之间，所述底电极、所述第一绝缘层材料层和所述顶电极形成约瑟夫森结；所述第二绝缘材料层设置在所述约瑟夫森结上；所述电阻层设置在所述第二绝缘材料层上；所述第三绝缘材料层设置在所述第二绝缘材料层、所述电阻层和所述正常金属层的边缘部上；所述配线层设置在所述第三绝缘材料层上，并且所述配线层的第一部分电连接所述顶电极和所述电阻层、所述配线层的第二部分电连接所述电阻层和所述底电极。3.根据权利要求2所述的可抑制准粒子中毒的超导数字电路结构，其特征在于，所述正常金属层的边缘部设置在所述第二绝缘材料层上，所述正常金属层的中间部设置于所述底电极上。4.根据权利要求2所述的可抑制准粒子中毒的超导数字电路结构，其特征在于，所述第二绝缘材料层上开设第一连接孔，所述第一连接孔暴露所述顶电极，所述顶电极通过所述第一连接孔电连接所述配线层的第一部分。5.根据权利要求4所述的可抑制准粒子中毒的超导数字电路结构，其特征在于，所述第三绝缘材料层上开设环孔，所述环孔暴露出所述电阻层，所述电阻层通过所述环孔电连接所述配线层的第一部分和所述配线层的第二部分。6.根据权利要求5所述的可抑制准粒子中毒的超导数字电路结构，其特征在于，所述第三绝缘材料层上开设第二连接孔，所述第二连接孔暴露出所述电阻层，所述第二连接孔用于分离所述配线层的第一部分和所述配线层的第二部分。7.根据权利要求6所述的可抑制准粒子中毒的超导数字电路结构，其特征在于，所述第二连接孔位于所述环孔内，以将所述电阻层的局部裸露于空气中。8.根据权利要求3所述的可抑制准粒子中毒的超导数字电路结构，其特征在于，所述第二绝缘材料层上开设第三连接孔，所述第三连接孔暴露出所述底电极，所述底...

【专利技术属性】
技术研发人员：林志荣，刘匡，
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：