[发明专利]基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器及其制备方法，包括：于基片上形成第一超导材料层并图形化，形成第一电极；覆盖绝缘材料层；于绝缘材料层的表面形成第二超导材料层并图形化，形成第二电极；去除第一电极上方的绝缘材料层，于第一、第二电极之间形成绝缘夹层，剥离光刻胶；于第一电极、绝缘夹层及第二电极的上表面形成纳米线，以得到多个3D纳米桥结，两个3D纳米桥结并联形成超导量子干涉器件，多个超导量子干涉器件串联、并联或串并联形成基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器。本发明将3D纳米桥结应用于SQIFs阵列，通过改变3D纳米桥结的串、并联的不同方式，来达到减小SQIFs阵列的面积，增大SQIF的集成度的目的。

技术领域

本发明涉及电子信息技术领域，特别是涉及一种基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器及其制备方法。

背景技术

超导量子干涉器件(superconducting quantum interference device，SQUID)是基于约瑟夫森效应和磁通量子化原理的超导量子器件，它的基本结构是在超导环中插入两个约瑟夫森结，利用约瑟夫森效应可实现极灵敏的磁探测，可探测小到Tesla的磁场(相当于地磁场的百亿分之一)，且典型的SQUID器件的磁通噪声在μΦ₀/Hz^1/2量级(1Φ₀＝2.07×10^-15Wb)，其磁场噪声在fT/Hz^1/2量级(1fT＝1×10^-15T)，由于其具有极高的灵敏度，可广泛应用于医学心磁脑磁、材料探测、地球磁场、军事、地震和考古等各方面。

但是单个的SQUID存在输出电压小，与室温读出设备不匹配的缺点；而SQUID阵列具有周期性，反馈回路锁定难，只能测量相对磁场的变化。超导量子干涉滤波器(superconducting quantum interference filter，SQIF)是带有的多环阵列的约瑟夫森结，其具有不以磁通量子为周期的磁通-电压传递函数，且在外磁场为零附近具有单一的三角峰。这一特性使得SQIF能够作为高灵敏度磁力计用于测量绝对磁场，而且其非周期的电压-磁通特性，使器件的读出电路中的磁通锁定不会因为产生磁通跳跃而产生问题。因此，SQIF噪声很低，能确保稳定的工作点、高电压摆幅和大的传递函数。

目前国内外的SQIF器件的研究，主要是以超导隧穿结为基础，或者高温超导材料YBCO的台阶结制备形成。但是这些约瑟夫森结的制备工艺比较复杂，其次单结的面积在微米级别，制成SQIF器件以后面积比较大，不利于集成，不适于大范围推广使用。

因此，如何简化SQIF器件的制备工艺，减小SQIF器件的面积已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

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基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器及其制备方法，用于解决现有技术中SQIF器件制备工艺复杂、体积大、不利于集成等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器，所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器至少包括：

多个超导量子干涉器件串联、并联或串并联形成的阵列，所述超导量子干涉器件包括两个3D纳米桥结并联形成的超导环；

其中，所述3D纳米桥结包括基片、分立形成于所述基片表面的第一电极和第二电极、形成于所述第一电极与所述第二电极之间的绝缘夹层，以及形成于所述第一电极、所述绝缘夹层和所述第二电极表面的纳米线，所述第二电极与所述基片之间形成有绝缘材料层，所述纳米线电性连接所述第一电极与所述第二电极。

优选地，N个所述超导量子干涉器件并联形成的所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器满足如下关系：