超导薄膜制备方法、超导薄膜、量子器件及量子芯片技术

本发明专利技术公开了一种超导薄膜制备方法、超导薄膜、量子器件及量子芯片。其中，该方法包括：将第一超导薄膜所处的第一气氛环境由第一温度升高至第二温度，使第一超导薄膜处于第二气氛环境，其中，第一超导薄膜为沉积在衬底上的超导材料；在第二气氛环境达到第二温度后，向第二气氛环境中持续通入氢原子并维持预定时长，使第一超导薄膜处于第三气氛环境，以使得氢原子填入第一超导薄膜的微观尺度上的晶体结构缺陷，其中，第二温度用于维持氢原子的自由状态；在预定时长之后，将第三气氛环境的温度由第二温度降低至第三温度，制备得到第二超导薄膜，其中，第三温度低于第一温度。本发明专利技术解决了量子电路中采用的超导薄膜的动态电感不够高的技术问题。够高的技术问题。够高的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
超导薄膜制备方法、超导薄膜、量子器件及量子芯片


[0001]本专利技术涉及材料领域，具体而言，涉及一种超导薄膜制备方法、超导薄膜、量子器件及量子芯片。

技术介绍

[0002]量子电路的集成度会显著影响其应用前景，如何在相同的面积上集成更多的量子元器件是量子芯片领域所面临的现实问题。相关技术中，为了提高量子电路的集成度，提出了如下几种方案：调整电路中的超导薄膜的厚度，改变超导薄膜的化学成分，调节超导薄膜在衬底上的沉积条件。然而，上述方案虽然可以通过增加超导薄膜的动态电感以增加量子电路的集成度，然而均会对量子电路产生其他不良影响，例如降低电路的品质因子Q、影响了薄膜的化学配比、影响了薄膜的其他基础物理参量等。
[0003]针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种超导薄膜制备方法、超导薄膜、量子器件及量子芯片，以至少解决子电路中采用的超导薄膜的动态电感不够的技术问题。
[0005]根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种超导薄膜制备方法，包括：将第一超导薄膜所处的第一气氛环境由第一温度升高至第二温度，使所述第一超导薄膜处于第二气氛环境，其中，所述第一超导薄膜为沉积在衬底上的超导材料；在所述第二气氛环境达到所述第二温度后，向所述第二气氛环境中持续通入氢原子并维持预定时长，使所述第一超导薄膜处于第三气氛环境，以使得所述氢原子填入所述第一超导薄膜的微观尺度上的晶体结构缺陷，其中，所述第二温度用于维持所述氢原子的自由状态；在所述预定时长之后，将所述第三气氛环境的温度由所述第二温度降低至第三温度，制备得到第二超导薄膜，其中，所述第三温度低于所述第一温度。
[0006]可选地，所述向所述第二气氛环境中持续通入氢原子并维持预定时长，包括：向所述第二气氛环境中持续通入含氢气体，以使所述含氢气体在所述第二温度下裂解出处于自由状态的所述氢原子，使得所述氢原子填入所述第一超导薄膜的微观尺度上的晶体结构缺陷，其中，所述第二温度不低于所述含氢气体的裂解温度。
[0007]可选地，所述第一超导薄膜的化学元素种类包含所述含氢气体的化学元素种类。
[0008]可选地，所述第一超导薄膜包括:氮基超导材料。
[0009]可选地，所述氮基超导材料包括以下任意之一：氮化钛，氮化铝，氮化镓。
[0010]可选地，所述含氢气体包括：氮氢化合物。
[0011]可选地，所述氮氢化合物包括氨气，所述第二温度不低于400摄氏度。
[0012]可选地，所述第一超导薄膜包括:磷基超导材料。
[0013]可选地，所述含氢气体包括：磷氢化合物。
[0014]可选地，所述磷氢化合物包括PH3，所述第二温度不低于500摄氏度。
[0015]可选地，向所述第二气氛环境中持续通入所述含氢气体的流速不低于50sccm。
[0016]可选地，所述预定时长不低于600秒。
[0017]可选地，所述将第一超导薄膜所处的第一气氛环境由第一温度升高至第二温度，包括：向所述第一气氛环境中持续通入第一惰性气体，并在持续通入所述第一惰性气体的情况下将所述第一气氛环境由所述第一温度升高至所述第二温度；所述将所述第三气氛环境的温度由所述第二温度降低至第三温度，包括：向所述第三气氛环境中持续通入第二惰性气体，并在持续通入所述第二惰性气体的情况下将所述第三气氛环境由所述第二温度降低至所述第三温度。
[0018]可选地，向所述第一气氛环境中通入所述第一惰性气体的流速不低于3000sccm，向所述第三气氛环境中通入所述第二惰性气体的流速不低于3000sccm。
[0019]根据本专利技术实施例的另一方面，还提供了一种超导薄膜，所述超导薄膜为采用上述任意一种方法制备得到。
[0020]根据本专利技术实施例的又一方面，还提供了一种微波元器件，包括：衬底和上述的超导薄膜，其中，所述超导薄膜沉积在所述衬底上。
[0021]根据本专利技术实施例的再一方面，还提供了一种量子器件，包括上述的超导薄膜。
[0022]可选地，所述量子器件包括：Fluxonium量子比特，其中，所述Fluxonium量子比特为采用所述超导薄膜制备得到。
[0023]可选地，所述量子器件包括：Transmon量子比特，其中，所述Transmon量子比特为采用所述超导薄膜制备得到。
[0024]根据本专利技术实施例的再一方面，还提供了一种量子电路，包括上述的量子器件。
[0025]根据本专利技术实施例的再一方面，还提供了一种量子芯片，包括上述的量子器件。
[0026]根据本专利技术实施例的再一方面，还提供了一种量子计算机，包括量子存储器和上述的量子芯片。
[0027]在本专利技术实施例中，采用将第一超导薄膜置于第二温度下的充盈着自由氢原子的气氛环境的方式，通过向第一超导薄膜的微观尺度上的晶体结构缺陷中填充氢原子，达到了在不引入其他化学成分的基础上制备出动态电感显著提高的第二超导薄膜的目的，从而实现了增加量子电路采用的超导薄膜的动态电感的技术效果，进而解决了量子电路中采用的超导薄膜的动态电感不够高的技术问题。
附图说明
[0028]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0029]图1是根据本专利技术实施例的超导薄膜制备方法的流程图；
[0030]图2是根据本专利技术可选实施例提供的通入氨气的超导薄膜制备方法的示意图；
[0031]图3是根据本专利技术可选实施例提供的光电子光谱的低温测量结果的示意图。
具体实施方式
[0032]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是
本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0033]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0034]首先，在对本申请实施例进行描述的过程中出现的部分名词或术语适用于如下解释：
[0035]动态电感(Kinetic Inductance)，交流电场中移动电荷载流子的惯性质量作为等效串联电感的表示。
[0036]几何电感(Ge本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超导薄膜制备方法，其特征在于，包括：将第一超导薄膜所处的第一气氛环境由第一温度升高至第二温度，使所述第一超导薄膜处于第二气氛环境，其中，所述第一超导薄膜为沉积在衬底上的超导材料；在所述第二气氛环境达到所述第二温度后，向所述第二气氛环境中持续通入氢原子并维持预定时长，使所述第一超导薄膜处于第三气氛环境，以使得所述氢原子填入所述第一超导薄膜的微观尺度上的晶体结构缺陷，其中，所述第二温度用于维持所述氢原子的自由状态；在所述预定时长之后，将所述第三气氛环境的温度由所述第二温度降低至第三温度，制备得到第二超导薄膜，其中，所述第三温度低于所述第一温度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述向所述第二气氛环境中持续通入氢原子并维持预定时长，包括：向所述第二气氛环境中持续通入含氢气体，以使所述含氢气体在所述第二温度下裂解出处于自由状态的所述氢原子，使得所述氢原子填入所述第一超导薄膜的微观尺度上的晶体结构缺陷，其中，所述第二温度不低于所述含氢气体的裂解温度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一超导薄膜的化学元素种类包含所述含氢气体的化学元素种类。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一超导薄膜包括:氮基超导材料。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述氮基超导材料包括以下任意之一：氮化钛，氮化铝，氮化镓。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述含氢气体包括：氮氢化合物。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述氮氢化合物包括氨气，所述第二温度不低于400摄氏度。8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一超导薄膜包括:磷基超导材料。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述含氢气体包括：磷氢化合物。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述磷氢化合物包括PH3，所述第二温度不低于500摄氏度。11.根据权利要求2至10中任意一项所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：应马可，
申请(专利权)人：阿里巴巴达摩院杭州科技有限公司，
类型：发明
国别省市：