[发明专利]一种磁通超导探测器及制备方法以及探测方法

说明书

本发明提供一种磁通超导探测器及制备方法以及超导探测方法，制备方法包括：提供衬底，于衬底表面形成第一超导材料层；于第一超导材料层表面形成图形化的光刻胶层；刻蚀掉预设区域的第一超导材料层，保留剩余光刻胶层；于得到结构的正面及侧面覆盖一层绝缘材料层；于绝缘材料层表面形成第二超导材料层，且与第一超导材料层上表面相平齐；得到第一超导材料层和第二超导材料层中被植入至少一条绝缘夹层的结构；于上述结构表面形成超导纳米桥结。通过上述方案，本发明的磁通超导探测器的有效探测尺寸做的更小，最小可测磁矩小，提高了磁矩灵敏度及空间分别率，减小器件对背景磁场的影响，可在第一个磁通偏置内，依据临界电流获得磁通变化信息。

技术领域

本发明涉及一种超导电子器件，特别是涉及一种磁通超导探测器及其制备方法，以及基于所述磁通超导探测器的探测方法。

背景技术

超导量子干涉器件(SQUID)是由两个超导约瑟夫森结(Josephson)并联形成的极灵敏的磁传感器，可用于探测小到10^-15Tesla的磁场(相当于地磁场的几百亿分之一)，是目前为止检测灵敏度最高的磁敏传感器。SQUID磁强计主要应用于物理、化学、材料、地质、生物、医学等领域各种弱磁场的精确测量，因其突出的高灵敏度而不断继续普及应用。在超导量子干涉器件(SQUID)的基础上，发展起来了一种纳米超导量子干涉器件(NanoSQUID)的新型器件。它利用纳米桥结代替传统的隧穿结，使得超导环的面积可以得到大幅度的缩小，器件的磁矩灵敏度相应的得到大幅度的增加，从而提升了器件对于介观至微观尺寸的样品的灵敏度。此外，它不但可以承受较大的临界磁场，而且由于超导环面积较小从而不易受到外界磁场干扰，因此无须作单独磁屏蔽隔离，可以与样品直接耦合，近年来，在微观样品的磁矩属性表征和高分辨率SQUID显微镜探头方面进展突出，在生物分子结构研究，量子信息，新量子材料研究等多方面具备应用前景。

然而，nanoSQUID需要两个纳米桥结并联在一个超导环上，受到超导环尺寸和环路电感的限制，它的磁通(磁矩)灵敏度和空间分辨率都很难再突破现有的物理极限。

因此，如何提供一种全新的器件既可以实现nanoSQUID类似的探测功能，又可以解决其在磁通(磁矩)灵敏度和空间分辨率上难以进一步突破的问题实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种磁通超导探测器及制备方法以及基于所述磁通超导探测器探测方法，用于解决现有技术中器件对背景磁场影响大以及磁通超导探测器的灵敏度和空间分辨率难以实现突破的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种磁通超导探测器的制备方法，包括如下步骤：

1)提供一衬底，并于所述衬底上表面形成第一超导材料层；

2)于所述第一超导材料层上表面形成光刻胶层，并图形化所述光刻胶层，以暴露出预设区域的所述第一超导材料层；

3)刻蚀掉所述预设区域的第一超导材料层，暴露出所述衬底，并保留剩余光刻胶层；

4)于步骤3)所得到结构的正面及侧面覆盖一层绝缘材料层；

5)至少于所述预设区域对应的所述绝缘材料层上表面形成第二超导材料层，且所述预设区域对应的所述第二超导材料层的上表面与所述第一超导材料层的上表面相平齐；

6)去掉所述第一超导材料层上表面所在平面以上的结构，得到所述第一超导材料层和所述第二超导材料层中被植入至少一条绝缘夹层的平面超导结构；

7)于所述平面超导结构上表面形成至少一个超导纳米桥结，所述超导纳米桥结连接所述第一超导材料层和所述第二超导材料层，且包括横跨所述绝缘夹层的桥结区以及连接于所述桥结区两端的辅助区，以得到磁通超导探测器。