[发明专利]一种二硼化镁约瑟夫森结及其制备方法

说明书

一种二硼化镁约瑟夫森结及其制备方法，为MgB₂/势垒层/MgB₂结构，上下两层MgB₂超导层之间的势垒层由硼或镁的高硼化物组成。MgB₂层为超导层，上下两层MgB₂超导层之间的硼层的中央刻蚀有凹槽，凹槽底部为结区势垒层。20K时本发明MgB₂约瑟夫森结的最大能隙达到1.17meV，工作频率达到500GHz。本发明采用电子束在真空中快速退火得到二硼化镁约瑟夫森结。通过电子束蒸发法和聚焦离子束刻蚀得到所述的二硼化镁约瑟夫森结前驱膜，在几秒量级的时间内对前驱膜退火，使前驱膜内的镁和硼发生反应即可获得约瑟夫森结。退火后得到的二硼化镁约瑟夫森结可以根据聚焦离子束刻蚀工艺的不同得到不同类型的约瑟夫森结。

技术领域

本发明涉及一种二硼化镁约瑟夫森结及其制备方法。

背景技术

当今电子学器件朝着微型化、高集成化和高频化的方向发展。约瑟夫森结作为超导电子学中的基本单元是超导量子干涉仪(SQUID)和超导数字电路等超导电子学应用的核心元件。由于约瑟夫森结器件具有非线性效应强、工作频率高、量子极限的灵敏度、体积小、抗干扰能力强、低功耗等突出优点，使其在微弱磁场测量、高频信号检测、电压基准、量子通信和量子计算等领域具有重要的甚至不可替代的应用。较高的临界转变温度、较大的相干长度以及较宽的能隙使得MgB₂在制备约瑟夫森结方面有其独有的优势。目前，人们也在制备MgB₂约瑟夫森结方面进行了许多尝试，如点接触结、台阶结、离子注入的SNS结以及纳米微桥等。但目前报道的方法都不同程度地存在重复性和稳定性差、难以多结集成等难题，未能在超导数字电路中得到实际应用。

中国专利201110112739.8“电子束退火制备二硼化镁超导薄膜方法”和中国专利201310415603.3“一种退火制备二硼化镁超导薄膜微结构的方法”分别提出了电子束退火制备二硼化镁超导薄膜和二硼化镁超导薄膜微结构的方法。电子束退火中用到的前驱膜均为Mg层和B层交替沉积的Mg/B前驱膜，并不是已经生成的MgB₂薄膜，电子束退火的主要作用是促使Mg和B发生化学反应，最终生成MgB₂,整个过程并没有涉及MgB₂约瑟夫森结的制备。