[发明专利]氮化硅介电层的制作方法、约瑟夫森结及超导量子比特

说明书

本发明公开了一种氮化硅介电层的制作方法、约瑟夫森结及超导量子比特，所述氮化硅介电层的制作方法包括：在衬底上沉积硅薄膜；对所述硅薄膜进行氮化处理以形成第一氮化硅薄膜；利用等离子体辅助分子束外延共沉积法在所述第一氮化硅薄膜上制作形成第二氮化硅薄膜。该方法利用微波损耗系数较低的氮化硅材料制作介电层，降低了介电层的微波损耗，同时基于该方法制作的氮化硅介电层的超导量子比特中，可采用氮化硅材料制作超导量子比特的保护层，有效减少了表界面引入的双能级缺陷和磁性杂质，有利于提高约瑟夫森结以及超导量子比特的相关性能。而且，所述氮化硅介电层的制作方法能以较低要求的工艺条件获得高性能的氮化硅介电层，有利于量产化。

技术领域

本发明涉及超导量子技术领域，尤其涉及氮化硅介电层的制作方法、约瑟夫森结及超导量子比特。

背景技术

量子计算机的基本单元是量子比特，其中，超导量子比特兼容传统半导体微加工工艺，其操控和测量涉及微波工程技术，其研究进展领先于其它量子计算的研究方向。通常地，每个超导量子比特包括至少一个约瑟夫森结，约瑟夫森结是由两个超导体之间嵌入介电层薄膜形成弱耦合的隧道结，其中，现有技术一般采用氧化铝(AlO_X)非晶材料制作约瑟夫森结的介电层，而氧化铝非晶材料的微波损耗系数约为1.6×10^-3，其微波损耗系数较大，容易引入双能级缺陷和磁性杂质，严重影响了超导量子比特的性能，影响超导量子比特在微波工程技术领域的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供氮化硅介电层的制作方法、约瑟夫森结及超导量子比特，来解决上述问题。

为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

本发明提供了一种氮化硅介电层的制作方法，包括：在衬底上沉积硅薄膜；对所述硅薄膜进行氮化处理以形成第一氮化硅薄膜；利用等离子体辅助分子束外延共沉积法在所述第一氮化硅薄膜上制作形成第二氮化硅薄膜。

优选地，所述对所述硅薄膜进行氮化处理以形成第一氮化硅薄膜的方法包括：将所述衬底和所述硅薄膜置于真空腔室内；向所述真空腔室内通入氮等离子体气体对所述硅薄膜进行氮化，以形成所述第一氮化硅薄膜。

优选地，所述利用等离子体辅助分子束外延共沉积法在所述第一氮化硅薄膜上制作形成第二氮化硅薄膜的方法包括：使所述衬底和所述第一氮化硅薄膜处于氮等离子体气体的氛围中；利用等离子体辅助分子束外延共沉积法将硅原子喷射至所述第一氮化硅薄膜上进行沉积，同时使所述硅原子与所述氮等离子体气体进行反应，以形成所述第二氮化硅薄膜。

优选地，所述衬底为超导体。

优选地，所述硅薄膜的厚度为3～5个硅原子的原子直径之和。

本发明还提供了一种约瑟夫森结，包括第一超导体层、第二超导体层以及设置于所述第一超导体层和所述第二超导体层之间的氮化硅介电层，其中，所述氮化硅介电层由上述的制作方法制作而成。

本发明还提供了一种超导量子比特，包括基底以及设置于所述基底上的约瑟夫森结，所述约瑟夫森结为如上所述的约瑟夫森结。

优选地，所述超导量子比特还包括覆盖于所述第一超导体层和所述第二超导体层上的第一保护层，所述第一保护层包括氮化硅材料。

优选地，所述超导量子比特还包括设置于所述第一超导体层与所述基底之间以及设置于所述第二超导体层与所述基底之间的第二保护层，所述第二保护层包括氮化硅材料。

优选地，所述超导量子比特还包括覆盖于所述基底的未被所述约瑟夫森结占据的部分上的第三保护层，所述第三保护层包括氮化硅材料。