【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于量子比特，具体涉及一种制备悬浮式三维谐振腔量子比特的湿法刻蚀方法。
技术介绍
1、经过二十年的发展，超导传输子(transmon)量子比特系统在多个领域展现出了重要的作用，包括量子优越性[1]、量子算法[2]、量子模拟[3]等等。通常来说，超导传输子量子比特系统包括以下几个关键部分，包括用于保护和读取量子比特的微波谐振腔、具有抑制电荷噪声能力的大电容器，以及提供非线性效应的约瑟夫森结[4]。为了实现通用量子计算，量子计算机需要在量子比特的有限相干时间内执行更多的门操作。这意味着必须缩短门操作的时间或提升量子比特的相干时间t1[5]。
2、三维谐振腔超导传输子量子比特属于超导量子比特的一个分类(下文中简称三维腔量子比特)。其工作原理基于将超导量子比特置于三维微波谐振腔中。三维谐振腔具备抑制噪声的能力，因此，三维腔量子比特具备更长的相干时间，为执行复杂的量子计算和信息处理任务提供了潜在的可能性[6]。三维腔量子比特的相干时间t1受到多种因素的影响，包括与三维谐振腔的耦合引起的purcell效应[7]、量子比特的介电损耗、约瑟夫森结的缺陷以及电场辐射等限制性因素。其中，介电损耗可以进一步分解为来自不同材料的贡献[8]。
3、
4、在公式(1)中，t1、q和ω分别代表量子比特的相干时间、品质因子和角频率，γ0代表由非介电通道引起的弛豫速率，而qi＝1/tanδi表示第i种材料的品质因子，该材料具有介电常数εi(其中tanδ被称为损耗角正切)。此外，pi表示材料的参与率，即存储在材料体积内
5、为了提升量子比特的t1，降低表面介电损耗，在工艺上，一般会对于基底表面进行氧等离子体清洗、酸洗，以去除可能导致损耗的污染物或者氧化层。氧等离子体清洗具有明显的优点，它可以在不引入液体或化学试剂、同时不破坏材料的晶体结构的情况下，清除基片表面的有机污染物和氧化层。通常情况下，氧等离子体清洗与基片的热退火配合使用，以去除水汽并提高有机污染物的清除效率。然而，当基片表面残留顽固的变性光刻胶时，氧等离子体无法完全去除光刻胶。这会造成较大的表面介电损耗。酸洗工艺带来多重益处，它有效去除基片表面的有机污染物、颗粒、油脂等杂质。同时，酸洗还具有一系列额外的好处，包括平滑基片表面、消除微小缺陷和粗糙度，提高光刻胶涂覆和金属沉积等工艺步骤中材料与基底的粘附性，以及改善表面质量。然而，酸洗可能会引入酸性粒子，导致额外的离子污染，增加额外的损耗，从而降低了量子比特的相干时间，对量子比特的性能产生不利影响。
6、上述两种传统减少表面介电损耗的方法各自存在一些缺陷，因此提出了一项技术方案，即通过将约瑟夫森结底部挖空来减少结区的金属-基底(ms)与基底-空气(sa)界面上的损耗。在2016年，耶鲁大学提出了一种使用干法刻蚀制备悬浮三维腔量子比特的方法[9]，其中drie工艺是一种干法刻蚀工艺，它利用离子束来刻蚀材料表面。离子束通常包括sf6和c4f8等气体。一旦这些气体被激发成等离子体，它们将与待刻蚀材料表面发生反应，并在电场的作用下定向轰击材料表面，从而进行刻蚀。bosch工艺是一种特殊的drie工艺，其在刻蚀周期中交替进行刻蚀和沉积步骤。这种交替过程有助于减小侧向副刻蚀现象，从而形成均匀的深刻蚀结构；
7、尽管drie工艺为制备悬浮式三维量子比特提供了一种有效的方法，但该方法也存在一些技术缺陷。首先，drie工艺需要复杂的设备和设施，包括等离子体刻蚀设备和高标准的真空环境，这会增加了制备的成本和复杂性。其次，drie工艺需要精确的工艺控制和参数调整，以确保正确的刻蚀深度、侧壁倾斜角度和凹陷量等。此外，drie过程可能会引入机械应力或表面污染，这可能对量子比特的性能产生不利影响。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种制备悬浮式三维谐振腔量子比特的湿法刻蚀方法，以解决上述的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种制备悬浮式三维谐振腔量子比特的湿法刻蚀方法，具体步骤如下：
3、步骤一：准备一个洁净度达到千级标准的无尘空间，然后选择一个单面抛光硅片衬底，表面粗糙度应保持在0.5nm以内，并将衬底置于紫外线臭氧清洗机中进行彻底的清洗；
4、步骤二：将经过处理的硅片衬底置于低压化学气相沉积系统的沉积室内，以建立真空环境，然后进行沉积处理；
5、步骤三：在步骤二沉积处理后的硅片上，涂覆电子束胶pmma el11与mma a4，然后对多兰桥结构的量子比特图案进行曝光，将样品放入mibk：ipa＝3：1的溶液中进行显影，然后使用去离子水进行定影，并进行图形检查，随后，将显影后的图形放入常温下的紫外线臭氧清洗机(uv-ozone)中进行1分钟的臭氧清洗；
6、步骤四：将显影后的样品放置在电子束蒸发设备中，以20°-60°的倾角进行铝薄膜蒸发，沉积20-60纳米的铝层，然后进行氧化处理形成氧化层，接下来，再次将样品传送至蒸镀腔室，在-20°—-60°的倾角下进行角度蒸发，沉积60-100纳米的铝层，从而形成了一种特殊的堆叠结构并且这两层铝之间夹着一层氧化铝，最终形成了约瑟夫森结的"al-alox-al"三明治结构；
7、步骤五：将样品浸泡在80℃的n-甲基吡咯烷酮溶液中，使用水浴进行加热，持续四小时以上，以剥离铝薄膜，同时保留约瑟夫森结结构在基片上；
8、步骤六：在经过标准多兰桥工艺(步骤5)制备约瑟夫森结之后，接下来将带有约瑟夫森结的基片涂覆电子束胶，在约瑟夫森结结区的两侧，定义窗口并进行电子束曝光。曝光完成后，将样品放入mibk：ipa＝3：1的溶液中进行显影，并进行图形检查；
9、步骤七：对样品进行臭氧清洗，然后将经过臭氧清洗的样品置于反应离子刻蚀系统中，引入sf6作为刻蚀气体。通过射频源产生等离子体，精确地去除表面的氮化硅，使下方的硅片和表面的硅氧化物暴露出来；
10、步骤八：将样品放置于缓冲氧化物腐蚀液中，以去除硅表面的氧化物；
11、步骤九：将样品浸泡在25％tmah溶液中，利用tmah溶液的碱性来腐蚀硅片，在刻蚀完成后，使用去离子水结束刻蚀过程，并进行显微镜检查；...
【技术保护点】
1.一种制备悬浮式三维谐振腔量子比特的湿法刻蚀方法，其特征在于：具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种制备悬浮式三维谐振腔量子比特的湿法刻蚀方法，其特征在于：步骤二中沉积处理具体为引入氮化硅的前体气体，如SiH4和NH3。通过射频产生的等离子体激发前体气体中的化学反应，使氮化硅在硅片表面沉积，形成大约100nm厚的氮化硅薄膜。
3.根据权利要求1所述的一种制备悬浮式三维谐振腔量子比特的湿法刻蚀方法，其特征在于：步骤三中的特殊的堆叠结构是通过两次蒸发过程根据电子束曝光(EBL)所定义的图形进行的，从而形成了一种特殊的堆叠结构。
4.根据权利要求1所述的一种制备悬浮式三维谐振腔量子比特的湿法刻蚀方法，其特征在于：步骤八中的缓冲氧化物腐蚀液具体为BOE溶液，是一种强酸性溶液，广泛用于去除硅片表面的氧化层，通常，BOE溶液由氢氟酸(HF)和氨水(NH4OH)的混合物组成，其混合比例可以根据所需的刻蚀速率和氧化物去除效率进行调整，在浸泡BOE溶液后，需要在5分钟内将样品转移，以防止重新生成氧化硅层。
【技术特征摘要】
1.一种制备悬浮式三维谐振腔量子比特的湿法刻蚀方法，其特征在于：具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种制备悬浮式三维谐振腔量子比特的湿法刻蚀方法，其特征在于：步骤二中沉积处理具体为引入氮化硅的前体气体，如sih4和nh3。通过射频产生的等离子体激发前体气体中的化学反应，使氮化硅在硅片表面沉积，形成大约100nm厚的氮化硅薄膜。
3.根据权利要求1所述的一种制备悬浮式三维谐振腔量子比特的湿法刻蚀方法，其特征在于：步骤三中的特殊的堆叠结构是通...
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