[发明专利]超导量子干涉仪及其制备方法

说明书

本发明涉及一种超导量子干涉仪及其制备方法，所述超导量子干涉仪包括：衬底；地线层，形成于衬底的表面；第一绝缘层，形成于地线层远离衬底的表面；约瑟夫森结，包括依次层叠的第一超导层、第二绝缘层和第二超导层，作为底电极；第三绝缘层，覆盖裸露的第一绝缘层及约瑟夫森结，第三绝缘层内设有第三通孔及第四通孔，第三通孔暴露出第一超导层，第四通孔暴露底电极；电阻，形成于第三绝缘层远离第一绝缘层的表面；第三超导层，覆盖第三绝缘层填满第三通孔和第四通孔，作为顶电极；第三超导层内设置有开口，开口将第三超导层分隔为通过电阻连接的两部分。通过增设地线超导层，使钉扎的磁通量子限制在第一通孔中，从而降低磁通钉扎的影响。

技术领域

本申请涉及超导量子干涉仪技术领域，特别是涉及一种超导量子干涉仪及其制备方法。

背景技术

超导量子干涉仪(superconducting quantum interference device，SQUID)因其对电流和磁场具有极高的灵敏度，为此被应用于诸多探测领域。

然而SQUID器件在工作的过程中，非必要磁场极易影响SQUID器件测试结果，非必要磁场主要来源于两方面，第一是测试自然环境中的磁场；第二是器件在降温过程中，尤其温度降至临界温度时，磁通极易钉扎于器件中。针对第一种情况，可通过搭建磁屏蔽测试环境来尽可能的避开自然界中磁场的影响。但针对第二种情况，尤其对大尺寸或者大线宽的SQUID器件来说，目前还没有有效的方法来解决该问题。

发明内容

基于此，有必要针对磁通钉扎影响SQUID器件测试结果的问题提供一种超导量子干涉仪及其制备方法、超导转变边沿探测器阵列读出系统。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种超导量子干涉仪，包括：

衬底；

地线层，形成于所述衬底的表面，所述地线层内设有第一通孔；

第一绝缘层，形成于所述地线层远离所述衬底的表面，并填满所述第一通孔，所述第一绝缘层内设有第二通孔；

约瑟夫森结，包括依次层叠的第一超导层、第二绝缘层和第二超导层，所述第二超导层位于第一绝缘层远离所述地线层的表面，并填满所述第二通孔，作为底电极；

第三绝缘层，覆盖裸露的所述第一绝缘层及所述约瑟夫森结，所述第三绝缘层内设有第三通孔及第四通孔，所述第三通孔暴露出所述第一超导层，所述第四通孔暴露所述底电极；

电阻，形成于所述第三绝缘层远离所述第一绝缘层的表面；

第三超导层，覆盖所述第三绝缘层远离所述第一绝缘层的表面和所述电阻，并填满所述第三通孔和所述第四通孔，作为顶电极；所述第三超导层内设置有开口，所述开口将所述第三超导层分隔为通过所述电阻连接的两部分；

其中，所述底电极和所述顶电极形成超导环。

上述超导量子干涉仪，通过约瑟夫森结、电阻以及第二超导层和第三超导层形成的超导环构成引出了约瑟夫森结的电流，进而可基于引出的电流得到探测的物理参数的值。另外，通过增设地线超导层，使得钉扎的磁通很容易被驱使到地线超导层的第一通孔所在的位置并被限制在第一通孔中，从而降低磁通钉扎的影响，进而提高超导量子干涉仪的检测精度。

在其中一个实施例中，所述地线层为超导材料层。

由于超导金属薄膜在超导状态下具有抗磁性，通过使地线层为超导材料层，使得钉扎的磁通量子会被推向地线层内的第一通孔，从而降低磁通钉扎的影响。

在其中一个实施例中，所述地线层为铌层或氮化铌层，所述第一绝缘层为二氧化硅层，所述地线层的厚度为100-1000nm，所述第一绝缘层的厚度为100-1000nm，所述地线层的厚度小于等于所述第一绝缘层的厚度。