[实用新型]亚微米约瑟夫森隧道结

说明书

本实用新型提供一种亚微米约瑟夫森隧道结，包括：衬底；约瑟夫森结，位于衬底的上表面，约瑟夫森结包括由下至上依次叠置的底电极、势垒层以及顶电极，顶电极包括第一亚微米线条及第二亚微米线条，第二亚微米线条位于第一亚微米线条上方，且与第一亚微米线条呈十字交叉连接；第一绝缘层，覆盖势垒层及约瑟夫森结周围的衬底；第二绝缘层，覆盖于第一绝缘层的表面，第二绝缘层内形成有暴露出第一亚微米线条的第一开口，第二亚微米线条与第一开口内的第一亚微米线条相接触，并延伸至第二绝缘层的上表面。本实用新型不仅改善了边缘效应、降低了台阶过渡处漏电流的产生，还有利于提高约瑟夫森结的质量及可靠性。

技术领域

本实用新型属于电子信息技术领域，特别是涉及一种亚微米约瑟夫森隧道结。

背景技术

约瑟夫森隧道结是基于约瑟夫森效应的量子元件，是大部分超导量子器件的核心部件。在结构上，约瑟夫森结是一种超导-绝缘-超导(SIS)的“三明治”构型，如图1所示，即所述约瑟夫森结包括两层超导薄膜层1’及位于两所述超导薄膜层1’之间的绝缘层1”。约瑟夫森结的等效电路可由理想结并联电阻R和电容C来表示，即所谓的RCSJ模型，如图2所示。

很多超导量子器件诸如超导量子干涉器件(SQUID)，单磁通量子电路(SFQ)等都是以约瑟夫森结为基础元件实现特定的器件功能。对于SQUID,包含了一个或两个约瑟夫森结，其中约瑟夫森结参数直接决定了SQUID性能，例如结电阻和结电容直接决定了SQUID噪声及能量分辨率。从SQUID设计的角度出发，要求结电容越小越好。而对于SFQ，约瑟夫森结数量可以达到万级甚至十万级，为了提高集成度，同时满足高速数字电路的需求，同样要求约瑟夫森结尺寸减小。

借助于半导体工艺的发展，超导器件的制备水平也有了很大程度的提升。特别是先进的光刻技术的引进，例如步进式投影光刻技术(stepper)、电子束光刻(EBL)等，使约瑟夫森结尺寸可以达到亚微米甚至深亚微米量级。但是从晶圆级批量生产的角度出发，stepper的应用已成为目前超导电子器件制备的主要技术手段。因此，stepper的极限分辨率决定了约瑟夫森结的极限尺寸。由于采用光刻技术来定义约瑟夫森结尺寸时需要考虑电极的引出，因此需要在结电极和电极引线之间的绝缘层上开一片尺寸比结区面积还要小的窗口，以降低因引线和电极的重叠而可能导致的漏电流产生。这就导致了光刻工艺实际是决定电极引出窗口的极限尺寸而非约瑟夫森结。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种亚微米约瑟夫森隧道结，用于解决现有技术中存在的上述问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种亚微米约瑟夫森隧道结的制备方法，包括如下步骤：

1)提供一衬底，并于所述衬底的上表面形成由下至上依次叠置的底层超导薄膜层、绝缘薄膜层及顶层超导薄膜层；

2)刻蚀去除部分所述顶层超导薄膜层、部分所述绝缘薄膜层及部分所述底层超导薄膜层，保留的所述顶层超导薄膜层形成第一亚微米线条并作为所述约瑟夫森结的部分顶电极，保留的所述绝缘薄膜层作为所述约瑟夫森结的势垒层，保留的所述底层超导薄膜层作为所述约瑟夫森结的底电极；

3)于步骤2)所得到结构的表面形成一第一绝缘层，所述第一绝缘层覆盖暴露的所述衬底的上表面、所述势垒层及所述底电极，并至少暴露出所述第一亚微米线条的上表面；

4)于步骤3)所得到结构的表面形成第二绝缘层，所述第二绝缘层覆盖所述第一绝缘层；并于所述第二绝缘层内形成第一开口，所述第一开口至少暴露出所述第一亚微米线条的上表面；

5)于步骤4)所述得到结构的表面形成附加超导薄膜层，并刻蚀所述附加超导薄膜层以形成第二亚微米线条，所述第二亚微米线条至少与所述第一亚微米线条呈十字交叉连接；所述第二亚微米线条与所述第一亚微米线条共同构成约瑟夫森结的顶电极。