[发明专利]约瑟夫逊结及其制造方法

权利要求书

1．一种约瑟夫逊结，它包括：

一衬底；

第一超导材料层；

第二超导材料层，覆盖在第一层上，其间设置有一绝缘层，其中绝缘层是一种超导材料的氧化物或氮化物，或者是一种对于第一和第二层的超导材料具有邻近效应的材料的氧化物或氮化物；其特征在于还包括：

绝缘层，其包括用作第一和第二层之间的弱连接的低氧浓度区域或低氮浓度区域。

2．根据权利要求1的约瑟夫逊结，其特征在于：

第一层至少具有一个倾斜侧面E₁，第二层和绝缘层二者具有与第一层的倾斜侧面E₁交叉的倾斜侧面E₂，第二层覆盖在倾斜侧面E₁上，其间为绝缘层；以及

低氧浓度区域或低氮浓度区域形成于第一层倾斜侧面E₁上的绝缘层中，并少量形成于绝缘层和第二层的倾斜侧面内部。

3．根据权利要求1的约瑟夫逊结，其特征在于超导材料是Nb，中间绝缘层的材料是Nb的氧化物。

4．根据权利要求2的约瑟夫逊结，其特征在于超导材料是Nb，中间绝缘层的材料是Nb的氧化物。

5．根据权利要求1的约瑟夫逊结，其特征在于超导材料是Nb，中间绝缘层的材料是Al₂O₃。

6．根据权利要求2的约瑟夫逊结，其特征在于超导材料是Nb，中间绝缘层的材料是Al₂O₃。

7．根据权利要求3至6的任一约瑟夫逊结，其中绝缘层具有50至400埃厚度。

8．根据权利要求1至6的任一约瑟夫逊结，其进一步包括：

多个弱连接，每一个对应于在绝缘层中形成的低氧浓度区域或低氮浓度区域，并互相连接第一层和第二层，以及

一控制线，其提供与各弱连接相邻，控制线与弱连接电磁吸引，以便控制流过弱连接的电流。

9．根据权利要求7的约瑟夫逊结，其进一步包括：

多个弱连接，每一个对应于在绝缘层中形成的低氧浓度区域或低氮浓度区域，并互相连接第一层和第二层，以及

一控制线，其提供与各弱连接相邻，控制线与弱连接电磁吸引，以便控制流过弱连接的电流。

10．根据权利要求1至6的任一约瑟夫逊结，其进一步包括一栅电极，其提供与绝缘层中的低氧浓度区域或低氮浓度区域相邻，以便将电场施加到该区域。

11．根据权利要求7的约瑟夫逊结，其进一步包括一栅电极，其提供与绝缘层中的低氧浓度区域或低氮浓度区域相邻，以便将电场施加到该区域。

12．一种用以制造约瑟夫逊结的方法，它包括下列步骤：

制备一衬底；

在所述衬底上形成第一超导材料层；

在第一层上形成第二超导材料层，其间设置绝缘层，其中绝缘层是一种超导材料的氧化物或氮化物，或者是一种对于第一和第二层的超导材料具有邻近效应的材料的氧化物或氮化物；和

将离子束注入绝缘层以便在第一层和第二层之间形成具有比绝缘层更低氧浓度或更低氮浓度的区域；

从而，低氧浓度区域或低氮浓度区域用作第一层和第二层之间的弱连接。

13．根据权利要求12的制造约瑟夫逊结的方法，其中超导材料是Nb，该方法包括氧化第一层表面来形成Nb氧化物构成的绝缘层，还包括在绝缘层上形成第二层。

14．根据权利要求13的制造约瑟夫逊结的方法，其进一步包括下列步骤：将第一层表面氧化到第一深度，对第一层的每侧构型直到侧面具有倾斜面，将相同表面氧化到第二深度，其比第一深度要浅，在其上形成第二层，以及对第二层的每侧构型直到侧面具有倾斜面，其中第一层和第二层的倾斜侧面相交。

15．根据权利要求14的制造约瑟夫逊结的方法，其中将离子注入的垂直于衬底的方向施加到第一和第二层倾斜侧面相交部分上，以便在绝缘层中的倾斜侧面的相交部分处形成低氧浓度区域或低氮浓度区域。