本发明专利技术公开了一种超导量子约瑟夫森结的制备方法及相关装置，应用于量子芯片技术领域，包括在衬底表面的预设区域刻蚀出预设深度的凹槽；在凹槽内填充第一超导层；在第一超导层表面设置绝缘层，使第一超导层与绝缘层之间的接触面为平整表面，且绝缘层的上表面与衬底的表面平齐；在衬底表面设置覆盖绝缘层的第二超导层。通过先在衬底表面设置凹槽，再在凹槽内填充第一超导层，此时第一层超导层为下沉式设计，因此对于SIS的约瑟夫森结而言，第二层超导层与第一层超导层的交叠面为一个平面，而非环形曲面；同时由于该优势，对于第一超导层与第二层超导层的厚度则没有关系限制，即消除第一第二层超导层厚度关系的限制，便于超导电路大规模制备。大规模制备。大规模制备。
【技术实现步骤摘要】
一种超导量子约瑟夫森结的制备方法及相关装置
[0001]本专利技术涉及量子芯片
，特别是涉及一种超导量子约瑟夫森结的制备方法、一种超导量子约瑟夫森结、一种超导量子芯片以及一种超导量子计算机。
技术介绍
[0002]超导量子技术在近二十年内实现了跨越式的发展，相干时间由最初的ns级别提升到了100us级别，单/双比特们的保真度已达到最低阈值，比特数量也突破了100量级，是目前最可能实现的容错量子计算机方案之一。相较于其他量子计算方案，超导量子的优势在于其比特的制备与传统半导体技术兼容性好，可扩展性强。约瑟夫森结作为超导电路中的核心器件，采用lift
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off（揭开
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剥离）工艺和双角度蒸镀工艺的传统制备方案，存在着众多问题，例如蒸镀约瑟夫森结尺寸形貌控制困难、双角度蒸镀设备的特殊性限制加工制备的扩展、衬底与超导金属间残胶降低器件性能、ion milling（离子铣）对衬底的损伤降低器件性能、大规模制备的限制性等。为了解决传统制备方案存在的问题，同时与CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）工艺设备更加兼容，科研工作者们提出了采用刻蚀工艺制备约瑟夫森结的方案。其主要工艺步骤为：首先在衬底上蒸镀一层超导金属层，利用光刻和刻蚀工艺定义第一层超导层图形，其次利用氧化或者其他方法在定义的第一层超导金属层上生长一层绝缘层，然后再覆盖一层超导金属层，最后再通过光刻和刻蚀工艺，制备出SIS（超导体
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绝缘体
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超导体）结构的约瑟夫森结。
[0003]但是在现有技术中，由于靠近衬底的第一层超导层的存在且突出衬底一定的高度，因此在沉积第二层超导层时厚度要大于第一层，一般要求第二层厚度为第一层的2倍以上，以确保第二层超导层搭接处不会出现断裂断路；同时第一第二层超导层的接触面为环形面，而非单一平面；同时由于第一和第二层金属交叠区域，即约瑟夫森结区厚度大于其他区域，导致衬底平面不平整，因此光刻定义第二层图形时，尺寸和形貌会存在一定的偏差，从而导致超导电路性能较低。
[0004]所以如何提供一种消除第一第二层超导层厚度关系限制，同时能与传统CMOS工艺设备兼容且能够实现大规模工业制备的方案是本领域技术人员急需解决的问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种超导量子约瑟夫森结的制备方法，可以消除第一第二层超导层厚度关系的限制；本专利技术的另一目的在于提供一种超导量子约瑟夫森结、一种超导量子芯片以及一种超导量子计算机，可以消除第一第二层超导层厚度关系的限制。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种超导量子约瑟夫森结的制备方法，包括：在衬底表面的预设区域刻蚀出预设深度的凹槽；在所述凹槽内填充第一超导层；在所述第一超导层表面设置绝缘层，使所述第一超导层与所述绝缘层之间的接触
面为平整表面，且所述绝缘层的上表面与所述衬底的表面平齐；在所述衬底表面设置覆盖所述绝缘层的第二超导层；刻蚀所述第二超导层，在所述预设区域形成约瑟夫森结。
[0007]可选的，所述刻蚀所述第二超导层，在所述预设区域形成约瑟夫森结包括：刻蚀所述预设区域中第一预设位置的第二超导层至第一超导层，暴露所述第一预设位置的第一超导层；刻蚀所述预设区域中第二预设位置四周的第二超导层，在所述第二预设位置形成约瑟夫森结。
[0008]可选的，所述刻蚀所述第二超导层，在所述预设区域形成约瑟夫森结包括：刻蚀所述第二超导层，形成约瑟夫森结的同时形成附加电路结构。
[0009]可选的，在刻蚀所述预设区域中第一预设位置的第二超导层至第一超导层，暴露所述第一预设位置的第一超导层之后，还包括：在所述第一预设位置填充超导材料；所述刻蚀所述预设区域中第二预设位置四周的第二超导层，在所述第二预设位置形成约瑟夫森结包括：在填充所述超导材料后，同时刻蚀所述第二超导层中位于所述第一预设位置四周的超导材料，以及所述第二预设位置四周的第二超导层，形成位于第一预设位置的附加电路结构和位于第二预设位置的约瑟夫森结。
[0010]可选的，在所述第一预设位置填充超导材料包括：在刻蚀所述第二超导层至所述第一超导层后形成的样品表面生长超导材料；对生长所述超导材料后的样品表面抛光。
[0011]可选的，所述在填充所述超导材料后，同时刻蚀所述第二超导层中位于所述第一预设位置四周的超导材料，以及所述第二预设位置四周的第二超导层，形成位于第一预设位置的附加电路结构和位于第二预设位置的约瑟夫森结包括：在填充所述超导材料后，同时刻蚀所述第二超导层中位于所述第一预设位置四周的超导材料、所述第二预设位置四周的第二超导层、以及位于第三预设位置四周的第二超导层，形成位于第一预设位置的附加电路结构、位于所述第三预设位置的附加电路结构、和位于第二预设位置的约瑟夫森结；所述第三预设位置位于所述预设区域外。
[0012]可选的，所述刻蚀所述预设区域中第二预设位置四周的第二超导层，在所述第二预设位置形成约瑟夫森结包括：同时刻蚀所述第二超导层中位于所述第二预设位置四周的第二超导层，以及位于所述预设区域外的第三预设位置四周的第二超导层，形成位于第二预设位置的约瑟夫森结，和位于所述第三预设位置的附加电路结构。
[0013]可选的，在所述同时刻蚀所述第二超导层中位于所述第二预设位置四周的第二超导层，以及位于所述预设区域外的第三预设位置四周的第二超导层，形成位于第二预设位置的约瑟夫森结，和位于所述第三预设位置的附加电路结构之后，还包括：通过掩膜在所述第一预设位置刻蚀所述绝缘层；透过所述掩膜在所述第一预设位置生长超导材料；剥离所述掩膜，以在所述第一预设位置形成附加电路结构；所述第一预设位置的
附加电路结构与所述约瑟夫森结通过所述第一超导层电连接。
[0014]可选的，所述刻蚀所述预设区域中第二预设位置四周的第二超导层，在所述第二预设位置形成约瑟夫森结包括：刻蚀所述预设区域中第二预设位置四周的第二超导层，在所述第二预设位置形成所述约瑟夫森结的同时在所述第二预设位置形成附加电路结构。
[0015]本专利技术还提供了一种超导量子约瑟夫森结，为由如上述任一项所述超导量子约瑟夫森结的制备方法所制备而成的约瑟夫森结。
[0016]本专利技术还提供了一种超导量子芯片，包括由上述任一项所述超导量子约瑟夫森结的制备方法所制备而成的约瑟夫森结。
[0017]本专利技术还提供了一种超导量子计算机，包括上述所述超导量子芯片。
[0018]本专利技术所提供的一种超导量子约瑟夫森结的制备方法，包括：在衬底表面的预设区域刻蚀出预设深度的凹槽；在凹槽内填充第一超导层；在第一超导层表面设置绝缘层，使第一超导层与绝缘层之间的接触面为平整表面，且绝缘层的上表面与衬底的表面平齐；在衬底表面设置覆盖绝缘层的第二超导层；刻蚀第二超导层，在预设区域形成约瑟夫森结。
[0019]通过在衬底表面设置凹槽，在凹槽内填充第一超导层，此时第一层超导层为下沉式设计，因此对本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种超导量子约瑟夫森结的制备方法，其特征在于，包括：在衬底表面的预设区域刻蚀出预设深度的凹槽；在所述凹槽内填充第一超导层；在所述第一超导层表面设置绝缘层，使所述第一超导层与所述绝缘层之间的接触面为平整表面，且所述绝缘层的上表面与所述衬底的表面平齐；在所述衬底表面设置覆盖所述绝缘层的第二超导层；刻蚀所述第二超导层，在所述预设区域形成约瑟夫森结。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刻蚀所述第二超导层，在所述预设区域形成约瑟夫森结包括：刻蚀所述预设区域中第一预设位置的第二超导层至第一超导层，暴露所述第一预设位置的第一超导层；刻蚀所述预设区域中第二预设位置四周的第二超导层，在所述第二预设位置形成约瑟夫森结。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述刻蚀所述第二超导层，在所述预设区域形成约瑟夫森结包括：刻蚀所述第二超导层，形成约瑟夫森结的同时形成附加电路结构。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在刻蚀所述预设区域中第一预设位置的第二超导层至第一超导层，暴露所述第一预设位置的第一超导层之后，还包括：在所述第一预设位置填充超导材料；所述刻蚀所述预设区域中第二预设位置四周的第二超导层，在所述第二预设位置形成约瑟夫森结包括：在填充所述超导材料后，同时刻蚀所述第二超导层中位于所述第一预设位置四周的超导材料，以及所述第二预设位置四周的第二超导层，形成位于第一预设位置的附加电路结构和位于第二预设位置的约瑟夫森结。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述第一预设位置填充超导材料包括：在刻蚀所述第二超导层至所述第一超导层后形成的样品表面生长超导材料；对生长所述超导材料后的样品表面抛光。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在填充所述超导材料后，同时刻蚀所述第二超导层中位于所述第一预设位置四周的超导材料，以及所述第二预设位置四周的第二超导层，形成位于第一预设位置的附加电路结构和位于第二预设位置的约瑟夫森结包括：在填充所述超导材料后...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑伟文，
申请(专利权)人：量子科技长三角产业创新中心，
类型：发明
国别省市：
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