[发明专利]一种超导约瑟夫森结的制备方法

说明书

本发明公开了一种超导约瑟夫森结的制备方法，属于超导电路元件领域。本发明的步骤为：1)基片预处理，得干净基片；2)电子束曝光：在基片上涂电子束胶，使用电子束曝光设备在基片上曝光出A区域、B区域，A区域、B区域有交叉区域C；3)显影：将装有显影液的容器放在液体中，监测显影液的温度，待显影液温度达到拟定的温度并稳定维持在该温度时，将所述所述步骤2)得到的基片浸入所述显影液并晃动显影，然后定影，使得电子束胶形成的图形稳定下来；4)两次斜蒸发镀膜；5)金属剥离。本发明利用电子束曝光掩膜技术以及电子束镀膜和金属剥离技术，其工艺相对简单，避免了复杂的悬胶制备工艺，可以在一天内进行批量的超导约瑟夫森结样品制备。

技术领域

本发明属于超导电路元件领域，特别涉及一种应用于超导量子比特中的十字型超导约瑟夫森结的制备方法。

背景技术

量子计算是一个很重要且慢慢被国内广泛关注的领域，实现量子计算的体系有半导体量子点、离子阱、基于超导约瑟夫森结的超导量子比特体系、核磁体系等等。超导约瑟夫森结是一种三层薄膜构成的结构，上下两层均为可在低温超导的金属，如铌膜或者铝膜，中间夹一层绝缘层，通常是一层三氧化二铝。基于超导约瑟夫森结的超导体系因其可扩展性好、门操作保真度高、可利用传统半导体微纳加工技术很方便制备等优点被认为是实现量子计算最有前景的体系之一。超导约瑟夫森结的制备则是超导量子比特的关键。

现有技术中，有不同的工艺方案可以制备出超导约瑟夫森结。在2016年发表的一篇文章中(“Fabrication of Al/AlOx/Al junctions using pre-exposure technique at30-keV e-beam voltage”Chin.Phys.B 25088501(2016)兰栋National Laboratory ofSolid State Microstructures，School of Physics，Nanjing University，Nanjing210093，China)，就提到了一种可行的超导约瑟夫森结制备的工艺方案。这篇文章中提到的方案需要在电子束曝光过程中得到精确可控的悬胶结构，双层电子束胶不同区域设置不同剂量，利用了被曝的下层电子束胶在显影过程中溶解更快的特点，实现这种下层胶被显掉上层胶保留的悬胶结构，再通过两次斜蒸发镀膜实现超导约瑟夫森结的制备。这种制备方法用到的悬胶工艺比较复杂，其悬胶结构对胶的性质和电子束曝光剂量的控制要很精准，而且悬胶很脆弱，不能承受高强度的清理，包括一些自然氧化层或残胶等的清理，对后续工艺有很大限制。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有技术存在的悬胶结构对胶的性质和电子束曝光剂量的控制精度要求高、控制难度大且悬胶很脆弱，不能承受高强度的清理而很大限制了后续工艺的问题，本发明提供了一种超导量子比特中主要电路元件超导约瑟夫森结的制备方法。

2、技术方案

本发明的技术方案如下：

一种超导约瑟夫森结的制备方法，其步骤为：

1)基片预处理

选用电阻率＞10000欧姆*厘米的材料作为衬底基片；

对基片进行清洗，然后将基片转移到装有异丙醇的容器中进行浸泡，再将基片转移到装有去离子水的容器中进行浸泡，最后取出基片用惰性气体吹干，得干净基片；

2)电子束曝光

在基片上涂电子束胶，使用电子束曝光设备在基片上曝光出A区域、域B区，A区域、B区域有交叉区域C；

3)在拟定温度下显影

将装有显影液的容器放在液体中，监测显影液的温度，待显影液温度达到拟定的温度并稳定维持在该温度时，将所述所述步骤2)得到的基片浸入所述显影液并晃动显影30～180秒，然后在异丙醇中定影，使得电子束胶形成的图形稳定下来；