[发明专利]氮化铌SQUID器件、制备方法及参数后处理方法

说明书

本发明提供一种氮化铌SQUID器件、制备方法及参数后处理方法，包括：首先在衬底上沉积氮化铌‑绝缘层‑氮化铌三层薄膜结构，然后制备SQUID器件超导环和底电极结构；接着制备多个并联的约瑟夫森结；再在器件表面沉积绝缘薄膜，并在每个约瑟夫森结表面和底电极表面开孔，以使得后续步骤中引出顶电极；再沉积金属薄膜，制备金属旁路电阻；最后沉积氮化铌薄膜，制备梳状顶电极。通过本发明的制备方法和参数后处理方法，若测试发现NbN SQUID器件的临界电流和旁路电阻数值与设计值有较大偏差时，可以对器件进行后期处理以使得临界电流和旁路电阻数值接近设计数值，从而提高器件一致性。

技术领域

本发明属于超导量子干涉器件(SQUID)领域，涉及氮化铌超导量子干涉器件，特别是涉及一种氮化铌SQUID器件、制备方法及参数后处理方法。

背景技术

超导量子干涉器件(SQUID)原理是磁通量子化和约瑟夫森效应，在结构上，SQUID器件由超导约瑟夫森结和超导环组成，这种器件能够将器件感应的微小磁场变化转换为可以测量的电压值，因此，SQUID相当于一个磁场-电压转换器件，它是目前为止测量磁场灵敏度最高的传感器。在液氦温度(4.2K)下，利用低温超导材料(例如，Nb或者NbN)制备的低温超导SQUID器件的磁通灵敏度通常在10^-6Φ₀/Hz^1/2量级(Φ₀＝2.07×10^-15Wb)，相对应的磁场灵敏度在fT/Hz^1/2量级(1fT＝1×10^-15T)。由于低温SQUID器件具有极高的磁场灵敏度，因此在极微弱磁信号探测领域及可转化为磁场的物理量探测领域都具有重要的应用价值。例如，在生物磁场探测、地球磁场探测、微弱电流探测、位移探测等领域，利用SQUID器件的探测研究都取得了极大的进展，显现出SQUID在这些应用领域的应用潜力。

SQUID器件的等效电路简图如图1所示，它的主要结构包括约瑟夫森结和超导环两个部分，相对应的参数有约瑟夫森结的临界电流I₀、旁路电阻R和超导环的电感L，它们也是SQUID器件的主要参数。按照SQUID器件的设计规则，首先设计SQUID器件的超导环的电感L的数值，然后根据屏蔽参量β_L＝2LI₀/Φ₀的要求来确定SQUID器件的临界电流2I₀，其中Φ₀＝2.07×10^-15Wb是磁通量子。通常器件优化设计要求β_L＝1，因此器件临界电流可以确定。因为要求器件中的约瑟夫森结的回滞参数β_c＝2πI₀R²C/Φ₀小于1，约瑟夫森结的旁路电阻R的数值可由上式确定。因此，SQUID器件的主要参数可由上述SQUID器件设计规则来确定。