相互并联的两个约瑟夫森结及量子比特装置的制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了相互并联的两个超导约瑟夫森结及量子比特装置的制备方法，属于量子计算技术领域。本发明专利技术通过确定衬底上的接触区，接触区包括第一区域、第二区域和第三区域；形成覆盖第一区域的第一隔离层、覆盖第二区域的第二隔离层和覆盖第三区域的第三隔离层；形成覆盖第一隔离层、第二隔离层及第三隔离层的掩膜层于衬底上，并在掩膜层上形成窗口；以掩膜层为掩膜，刻蚀第一隔离层、第二隔离层和第三隔离层；形成第一超导材料层和势垒层于第一区域、第二超导材料层于第二区域和第三区域；剥离掩膜层，即获得相互并联的两个超导约瑟夫森结。本发明专利技术能够避免目前量子芯片上制备并联的超导约瑟夫森结时，在约瑟夫森结与衬底接触区域产生残胶的问题。域产生残胶的问题。域产生残胶的问题。

【技术实现步骤摘要】
相互并联的两个约瑟夫森结及量子比特装置的制备方法


[0001]本专利技术属于量子计算
，涉及基于超导量子比特体系的量子芯片的制备工艺，特别是一种相互并联的两个约瑟夫森结的制备方法。

技术介绍

[0002]量子计算是一个很重要且已经被国内广泛关注的领域，基于约瑟夫森结的超导量子比特体系因具有可扩展性好、门操作保真度高等优点被认为是实现量子计算最有前景的体系之一。作为超导量子芯片的关键元件，约瑟夫森结是一种三层薄膜构成的结构，即S(超导体)-I(半导体或绝缘体)-S(超导体)，包括两层超导金属，如铌膜或者铝膜，中间夹一层势垒层(通常是一层很薄的氧化膜)。超导量子比特体系中，量子比特装置包括对地电容、与电容并联的闭环装置、以及控制信号线，该闭环装置由约瑟夫森结并联构成，例如，由两个约瑟夫森结并联构成，因此，在该体系中相互并联的两个约瑟夫森结的制备工艺是制备超导量子芯片的关键环节，直接影响着量子比特的性能。
[0003]目前，制备相互并联的两个约瑟夫森结的相关工艺，首先在衬底上涂覆光刻胶，曝光显影后形成带有窗口的掩膜图形，再利用该掩膜图形在衬底上裸露出来的区域上蒸镀、氧化、再蒸镀制备获得相互并联的两个约瑟夫森结，这种工艺中约瑟夫森结与衬底所接触的区域易产生光刻胶(残留的掩膜图形材料)，即使半导体工艺中常用到的洗胶工艺可以溶解光刻胶，但是并不能完全去掉，光刻胶的残留会影响到约瑟夫森结的性能，从而影响到超导量子芯片的性能，例如相干时间，使其受到不可逆的影响，从而影响到超导量子芯片的正常使用。

技术实现思路
<br/>[0004]本专利技术的目的是提供一种相互并联的两个约瑟夫森的制备方法及一种量子比特装置的制备方法，以解决现有技术中的不足。
[0005]本申请的一个方面提供了相互并联的两个约瑟夫森结的制备方法，包括：
[0006]确定衬底上用于制备所述相互并联的两个约瑟夫森结的接触区，所述接触区包括第一区域、以及均与所述第一区域相交的第二区域和第三区域；
[0007]形成覆盖所述第一区域的第一隔离层、覆盖所述第二区域的第二隔离层和覆盖所述第三区域的第三隔离层；
[0008]形成覆盖所述第一隔离层、所述第二隔离层及所述第三隔离层的掩膜层于所述衬底上，并在所述掩膜层上形成与所述接触区形状一致、位置对应的窗口；
[0009]以所述掩膜层为掩膜，刻蚀所述第一隔离层、所述第二隔离层和所述第三隔离层；
[0010]形成第一超导材料层和势垒层于所述第一区域，并形成第二超导材料层于所述第二区域和所述第三区域；
[0011]剥离所述掩膜层，以在所述第二区域与所述第一区域相交处、所述第三区域与所述第一区域相交处获得所述相互并联的两个约瑟夫森结。
[0012]如上所述的制备方法，优选的是，所述第一隔离层覆盖的区域的尺寸参数大于所述第一区域的尺寸参数，所述第二隔离层覆盖的区域的尺寸参数大于所述第二区域的尺寸参数，所述第三隔离层覆盖的区域的尺寸参数大于所述第三区域的尺寸参数。
[0013]如上所述的制备方法，优选的是，所述形成覆盖所述第一区域的第一隔离层、覆盖所述第二区域的第二隔离层和覆盖所述第三区域的第三隔离层，包括：
[0014]形成隔离材料层于所述衬底上；
[0015]图形化所述隔离材料层，获得覆盖所述第一区域的第一隔离层、覆盖所述第二区域的第二隔离层和覆盖所述第三区域的第三隔离层。
[0016]如上所述的制备方法，优选的是，所述隔离材料层的材质为Si、SiO2或者易刻蚀的金属。
[0017]如上所述的制备方法，优选的是，所述以所述掩膜层为掩膜，刻蚀所述第一隔离层、所述第二隔离层和所述第三隔离层，包括：
[0018]以所述掩膜层为掩膜，利用刻蚀介质刻蚀去除全部所述第一隔离层、所述第二隔离层和所述第三隔离层，其中，所述刻蚀介质不溶解所述掩膜层。
[0019]如上所述的制备方法，优选的是，所述形成第一超导材料层和势垒层于所述第一区域、第二超导材料层于所述第二区域和所述第三区域，包括：
[0020]沿第一方向蒸镀形成超导材料层于所述第一区域，且沿第一方向蒸镀时，所述掩膜层遮挡所述第二区域、所述第三区域；
[0021]氧化部分所述超导材料层，获得第一超导材料层和势垒层，其中，所述势垒层位于所述第一超导材料层上；
[0022]沿第二方向蒸镀形成第二超导材料层于所述第二区域、所述第三区域，且沿第二方向蒸镀时，所述掩膜层遮挡位于所述第一区域的第一超导材料层和势垒层。
[0023]如上所述的制备方法，优选的是，所述隔离材料层的材质为超导金属。
[0024]如上所述的制备方法，优选的是，所述以所述掩膜层为掩膜，刻蚀所述第一隔离层、所述第二隔离层和所述第三隔离层，包括：
[0025]以所述掩膜层为掩膜，利用刻蚀介质刻蚀去除部分所述第一隔离层；
[0026]以所述掩膜层为掩膜，利用刻蚀介质刻蚀去除全部所述第二隔离层和所述第三隔离层，其中，所述刻蚀介质不溶解所述掩膜层。
[0027]如上所述的制备方法，优选的是，所述形成第一超导材料层和势垒层于所述第一区域、第二超导材料层于所述第二区域和所述第三区域，包括：
[0028]氧化部分剩余的所述第一隔离层，获得第一超导材料层和势垒层，其中，所述势垒层位于所述第一超导材料层上；
[0029]沿第二方向蒸镀形成第二超导材料层于所述第二区域、所述第三区域，且沿第二方向蒸镀时，所述掩膜层遮挡位于所述第一区域的第一超导材料层和势垒层。
[0030]本申请的另一个方面提供了一种量子比特装置的制备方法，包括：
[0031]提供衬底；
[0032]形成第一金属层于所述衬底上；
[0033]图形化所述第一金属层，获得控制信号线、接地电容，其中，所述控制信号线包括一端与所述接地电容电容耦合的第一控制信号线，以及一端接地的第二控制信号线；
[0034]在所述第二控制信号线和所述接地电容之间的所述衬底上，利用如上所述相互并联的两个约瑟夫森结的制备方法制备相互并联的两个约瑟夫森结，其中，所述第一超导材料层与所述接地电容接触连接，所述第二超导材料层与所述第二控制信号线电感耦合。
[0035]如上所述的，其中，优选的是，所述第一金属层为不溶于所述刻蚀介质的材质。例如，所述第一金属层为Nb，所述隔离材料层为Al，所述刻蚀介质为四甲基氢氧化铵溶液，所述掩膜层3为MMA和/或PMMA等光刻胶。
[0036]本专利技术能够一次完成相互并联的两个约瑟夫森结的制备，适用于超导量子比特中由约瑟夫森结并联构成闭环装置的生产制备。与现有技术相比，本专利技术通过先确定衬底上用于制备所述相互并联的两个约瑟夫森结的接触区，所述接触区包括第一区域、以及与所述第一区域相交的第二区域和第三区域；再形成覆盖所述第一区域的第一隔离层、覆盖所述第二区域的第二隔离层和覆盖所述第三区域的第三隔离层；然后形成覆盖所述第一隔离层、所述第二隔离层及所述第三隔离层的掩膜层于所述衬底上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.相互并联的两个约瑟夫森结的制备方法，其特征在于，包括：确定衬底上用于制备所述相互并联的两个约瑟夫森结的接触区，所述接触区包括第一区域、以及均与所述第一区域相交的第二区域和第三区域；形成覆盖所述第一区域的第一隔离层、覆盖所述第二区域的第二隔离层和覆盖所述第三区域的第三隔离层；形成覆盖所述第一隔离层、所述第二隔离层及所述第三隔离层的掩膜层于所述衬底上，并在所述掩膜层上形成与所述接触区形状一致、位置对应的窗口；以所述掩膜层为掩膜，刻蚀所述第一隔离层、所述第二隔离层和所述第三隔离层；形成第一超导材料层和势垒层于所述第一区域，并形成第二超导材料层于所述第二区域和所述第三区域；剥离所述掩膜层，以在所述第二区域与所述第一区域相交处、所述第三区域与所述第一区域相交处获得所述相互并联的两个约瑟夫森结。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述第一隔离层覆盖的区域的尺寸参数大于所述第一区域的尺寸参数，所述第二隔离层覆盖的区域的尺寸参数大于所述第二区域的尺寸参数，所述第三隔离层覆盖的区域的尺寸参数大于所述第三区域的尺寸参数。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述形成覆盖所述第一区域的第一隔离层、覆盖所述第二区域的第二隔离层和覆盖所述第三区域的第三隔离层，包括：形成隔离材料层于所述衬底上；图形化所述隔离材料层，获得覆盖所述第一区域的第一隔离层、覆盖所述第二区域的第二隔离层和覆盖所述第三区域的第三隔离层。4.根据权利要求3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述隔离材料层的材质为Si、SiO2或者易刻蚀的金属。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述以所述掩膜层为掩膜，刻蚀所述第一隔离层、所述第二隔离层和所述第三隔离层，包括：以所述掩膜层为掩膜，利用刻蚀介质刻蚀去除全部所述第一隔离层、所述第二隔离层和所述第三隔离层。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述形成第一超导材料层和势垒层于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，
申请(专利权)人：合肥本源量子计算科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：