一种电容电感分层排布的KID芯片及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种电容电感分层排布的KID芯片及其制备方法，包括：呈矩阵排列集总结构的超导谐振器，每个集总结构包括高阻硅基片、电容层、导电通孔、绝缘层和电感层；电容层包括：微波馈线和交指电容；电感层包括：微波信号引线和蜿蜒电感；绝缘层设有连接交指电容与蜿蜒电感的导电通孔，交指电容与蜿蜒电感并联形成具有LC振荡回路特点的超导谐振器，交指电容和蜿蜒电感分层排布；同时，绝缘层设有连接电容层上的微波馈线和电感层上的微波信号引线的导电通孔，实现KID信号的多路复用快速读出。实现KID信号的多路复用快速读出。实现KID信号的多路复用快速读出。

【技术实现步骤摘要】
一种电容电感分层排布的KID芯片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及超导探测器
，特别涉及一种电容电感分层排布的KID芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]超导动态电感探测器(Kinetic Inductance Detector，KID)阵列是一种新型的高灵敏度探测器，可用于太赫兹、红外频段天文等目标的探测。目前，天文研究中使用的KID技术单层结构，即呈矩阵排列的集总结构，包括交指电容和蜿蜒电感，和微波馈线都在同层排布。外界入射光子在照射到蜿蜒电感时，处于超导状态的电感中的库珀电子对被破坏，产生准粒子，从而提高电感值，进一步导致交指电容与蜿蜒电感形成LC振荡回路的振荡频率发生频移。通过测量振荡频率的频移可以获得入射光子的能量和光子数量。
[0003]然而，KID探测器中蜿蜒电感所占的面积较小，不参与光电效应的交指电容和微波馈线占据较大面积，这导致单个集总结构的尺寸较大，最终导致KID探测器的像素点低。
[0004]如图1所示，现有KID芯片为单层结构。
[0005]优点：结构简单，加工方便
[0006]缺点：1)对于同样的技术指标，该设计的集总结构所占面积大，目前尺寸约120um见方；
[0007]2)感光部分为蜿蜒电感300，所以感光面积的比例低，感光面积占集总结构面积的30％以下，导致量子效率低；
[0008]3)由于蜿蜒电感300，交指电容200和微波馈线100是同时沉积的，因此厚度是相同的。但由于设计电容、电感和电阻值要求不同，相同的厚度限制了线宽和长度的小型化，所以整体尺寸难以缩小(单位长度的电感正比于h/w，单位长度的电容正比于w/h，其中h为膜厚，w为线宽)；
[0009]4)为了增加入射光被电感捕获的效率，目前需在KID芯片上面增加一层微透镜矩阵，其作用是把入射光聚焦到电感上。但由于每个电感形状不同，如果每个微透镜都专门设计，加工成本太高；如果微透镜都相同，入射光聚焦效果不理想。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
[0011]为此，本专利技术的目的在于提出一种电容电感分层排布的KID芯片及其制备方法，以解决
技术介绍
中所提到的问题，克服现有技术中存在的不足。
[0012]为了实现上述目的，本专利技术的实施例提供一种电容电感分层排布的KID芯片，包括：多个呈矩阵排列集总结构的超导谐振器，
[0013]其中，每个所述集总结构包括高阻硅基片、电容层、导电通孔、绝缘层和电感层；
[0014]所述电容层包括：微波馈线和交指电容；
[0015]所述电感层包括：微波信号引出线和蜿蜒电感；
[0016]所述绝缘层设有连接交指电容和蜿蜒电感的导电通孔，
[0017]其中，所述交指电容与蜿蜒电感并联形成LC振荡回路特点的超导谐振器，所述交指电容和蜿蜒电感分层排布；
[0018]所述绝缘层设有连接所述电容层上的微波馈线和所述电感层上的微波信号引线的导电通孔，实现所述电容层与电感层的连接，并将所述电容层上的微波馈线连接到所述电感层上的所述微波信号引出线上，以实现KID信号的多路复用快速读出。
[0019]由上述任一方案优选的是，所述超导涂层包括：铝、氮化铌、钇钡铜氧。
[0020]由上述任一方案优选的是，所述电容层的交指电容包括：微带线，构成电容的微带线的厚度范围为20～200nm，宽度范围为0.2～2um，微带线间距范围为50～500nm，并且满足微带线厚度与宽度的比值小于或等于0.5。
[0021]由上述任一方案优选的是，所述电感层的蜿蜒电感包括微带线，构成电感层的微带线包括反射层、电感和增透层，电感层的厚度范围为20～200nm，宽度范围为0.2～2um，微带线间距范围为50～500nm，并且满足微带线厚度与宽度的比值小于或等于0.5。
[0022]由上述任一方案优选的是，所述高阻硅基片的阻值为5000～20000欧姆厘米。
[0023]由上述任一方案优选的是，所述绝缘层由SU8制成，其厚度范围为0.1～100um；
[0024]所述导电通孔直径范围0.01～10um，通孔化学镀膜层厚度1～10nm，电镀膜层厚度100～10000nm；
[0025]所述超导谐振器的固有频率范围0.01～16GHz，相邻固有频率差大于或等于1MHz。本专利技术还提出一种电容电感分层排布的KID芯片的制备方法，包括如下步骤：
[0026]步骤S1，在经过清洗的高阻硅基片表面甩胶光刻胶；
[0027]步骤S2，对光刻胶进行图案化曝光，清洗后，用物理气相沉积方法沉积一层超导涂层，丙酮清洗后，剩余的微带线形成电容层和微波馈线；
[0028]步骤S3，在电容层上面流平一层光刻胶SU8，升温固化；
[0029]步骤S4，对光刻胶SU8进行图案化曝光，清洗后形成连接电容和电感的通孔，连接微波馈线至微波信号引出线的通孔；
[0030]步骤S5，光刻胶SU8高温硬化后，化学镀导电层；
[0031]步骤S6，沉积导电涂层；
[0032]步骤S7，化学机械抛光去除光刻胶SU8上的导电涂层；
[0033]步骤S8，表面甩胶光刻胶；
[0034]步骤S9，对光刻胶进行图案化曝光，清洗后，用磁控溅射或脉冲激光沉积方法，依次沉积反射层、作为电感的超导涂层和增透层，丙酮清洗后，剩余的微带线形成图形化的电感层和微波信号引出线。
[0035]由上述任一方案优选的是，在所述步骤(2)中，物理气相沉积方法包括电子束蒸镀、磁控溅射、脉冲激光沉积，原子层沉积；
[0036]在所述步骤(3)中，SU8的固化温度为95℃，时间1～20min；
[0037]由上述任一方案优选的是，在所述步骤(6)中，沉积导电涂层的方法包括化学镀和磁控溅射。
[0038]由上述任一方案优选的是，在所述步骤(9)中，反射层为金属单质，反射层厚度为1～10nm，增透层为透明涂层，增透层厚度d＝nλ/4，其中n为增透层折射率，λ为探测波段中心
波长
[0039]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0040]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0041]图1为现有KID芯片的单层结构图；
[0042]图2为根据本专利技术实施例的电容电感分层排布的KID芯片的结构图；
[0043]图3为根据本专利技术实施例的电容层的结构图；
[0044]图4为根据本专利技术实施例的电感层的结构图；
[0045]图5为根据本专利技术实施例的电容电感分层排布的KID芯片的制备方法的流程图。
[0046]附图标记：
[0047]100.微波馈线，200.交指电容，300.蜿蜒电感；
[0048]1.高阻硅基片，2.电容层，3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电容电感分层排布的KID芯片，其特征在于，包括：多个呈矩阵排列集总结构的超导谐振器，其中，每个所述集总结构包括高阻硅基片、电容层、导电通孔、绝缘层和电感层；所述电容层包括：微波馈线和交指电容；所述电感层包括：微波信号引出线和蜿蜒电感；所述绝缘层设有连接交指电容和蜿蜒电感的导电通孔，所述交指电容与所述蜿蜒电感并联形成LC振荡回路特点的超导谐振器，所述交指电容和蜿蜒电感分层排布；所述绝缘层设有连接所述电容层上的微波馈线和所述电感层上的微波信号引线的导电通孔，实现所述电容层与电感层的连接，并将所述电容层上的微波馈线连接到所述电感层上的所述微波信号引出线上，以实现KID信号的多路复用快速读出。2.如权利要求1所述的电容电感分层排布的KID芯片，其特征在于，所述超导涂层包括：铝、氮化铌、钇钡铜氧。3.如权利要求1所述的电容电感分层排布的KID芯片，其特征在于，所述电容层的交指电容包括：微带线，构成电容的微带线的厚度范围为20～200nm，宽度范围为0.2～2um，微带线间距范围为50～500nm，并且满足微带线厚度与宽度的比值小于或等于0.5。4.如权利要求1所述的电容电感分层排布的KID芯片，其特征在于，所述电感层的蜿蜒电感包括微带线，构成电感层的微带线包括反射层、电感和增透层，电感层的厚度范围为20～200nm，宽度范围为0.2～2um，微带线间距范围为50～500nm，并且满足微带线厚度与宽度的比值小于或等于0.5。5.如权利要求1所述的电容电感分层排布的KID芯片，其特征在于，所述高阻硅基片的阻值为5000～20000欧姆厘米。6.如权利要求1所述的电容电感分层排布的KID芯片，其特征在于，所述绝缘层由SU8制成，其厚度范围为0.1～100um；所述导电通孔直径范围0.01～10um，通孔化学镀膜层厚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐健，田晓春，李波，曾喜，
申请(专利权)人：北京中科太赫兹科技有限公司，
类型：发明
国别省市：