CN107871812B - 基于3d纳米桥结的超导量子干涉滤波器及其制备方法 - Google Patents

基于3d纳米桥结的超导量子干涉滤波器及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107871812B
CN107871812B CN201711008605.5A CN201711008605A CN107871812B CN 107871812 B CN107871812 B CN 107871812B CN 201711008605 A CN201711008605 A CN 201711008605A CN 107871812 B CN107871812 B CN 107871812B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
nanometers
quantum interference
superconducting
bridge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711008605.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107871812A (zh
Inventor
陈垒
陈晓菡
王镇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
University of Chinese Academy of Sciences
Original Assignee
Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
University of Chinese Academy of Sciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS, University of Chinese Academy of Sciences filed Critical Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority to CN201711008605.5A priority Critical patent/CN107871812B/zh
Publication of CN107871812A publication Critical patent/CN107871812A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107871812B publication Critical patent/CN107871812B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/10—Junction-based devices
    • H10N60/12—Josephson-effect devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/01—Manufacture or treatment
    • H10N60/0912—Manufacture or treatment of Josephson-effect devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器及其制备方法，包括：于基片上形成第一超导材料层并图形化，形成第一电极；覆盖绝缘材料层；于绝缘材料层的表面形成第二超导材料层并图形化，形成第二电极；去除第一电极上方的绝缘材料层，于第一、第二电极之间形成绝缘夹层，剥离光刻胶；于第一电极、绝缘夹层及第二电极的上表面形成纳米线，以得到多个3D纳米桥结，两个3D纳米桥结并联形成超导量子干涉器件，多个超导量子干涉器件串联、并联或串并联形成基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器。本发明将3D纳米桥结应用于SQIFs阵列，通过改变3D纳米桥结的串、并联的不同方式，来达到减小SQIFs阵列的面积，增大SQIF的集成度的目的。

Description

基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器及其制备方法
技术领域
本发明涉及电子信息技术领域，特别是涉及一种基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器及其制备方法。
背景技术
超导量子干涉器件(superconducting quantum interference device，SQUID)是基于约瑟夫森效应和磁通量子化原理的超导量子器件，它的基本结构是在超导环中插入两个约瑟夫森结，利用约瑟夫森效应可实现极灵敏的磁探测，可探测小到Tesla的磁场(相当于地磁场的百亿分之一)，且典型的SQUID器件的磁通噪声在μΦ0/Hz1/2量级(1Φ0＝2.07×10-15Wb)，其磁场噪声在fT/Hz1/2量级(1fT＝1×10-15T)，由于其具有极高的灵敏度，可广泛应用于医学心磁脑磁、材料探测、地球磁场、军事、地震和考古等各方面。
但是单个的SQUID存在输出电压小，与室温读出设备不匹配的缺点；而SQUID阵列具有周期性，反馈回路锁定难，只能测量相对磁场的变化。超导量子干涉滤波器(superconducting quantum interference filter，SQIF)是带有的多环阵列的约瑟夫森结，其具有不以磁通量子为周期的磁通-电压传递函数，且在外磁场为零附近具有单一的三角峰。这一特性使得SQIF能够作为高灵敏度磁力计用于测量绝对磁场，而且其非周期的电压-磁通特性，使器件的读出电路中的磁通锁定不会因为产生磁通跳跃而产生问题。因此，SQIF噪声很低，能确保稳定的工作点、高电压摆幅和大的传递函数。
目前国内外的SQIF器件的研究，主要是以超导隧穿结为基础，或者高温超导材料YBCO的台阶结制备形成。但是这些约瑟夫森结的制备工艺比较复杂，其次单结的面积在微米级别，制成SQIF器件以后面积比较大，不利于集成，不适于大范围推广使用。
因此，如何简化SQIF器件的制备工艺，减小SQIF器件的面积已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器及其制备方法，用于解决现有技术中SQIF器件制备工艺复杂、体积大、不利于集成等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器，所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器至少包括：
多个超导量子干涉器件串联、并联或串并联形成的阵列，所述超导量子干涉器件包括两个3D纳米桥结并联形成的超导环；
其中，所述3D纳米桥结包括基片、分立形成于所述基片表面的第一电极和第二电极、形成于所述第一电极与所述第二电极之间的绝缘夹层，以及形成于所述第一电极、所述绝缘夹层和所述第二电极表面的纳米线，所述第二电极与所述基片之间形成有绝缘材料层，所述纳米线电性连接所述第一电极与所述第二电极。
优选地，N个所述超导量子干涉器件并联形成的所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器满足如下关系：
其中，I为所述超导量子干涉滤波器的电流，N为所述超导量子干涉器件的数量，IC为单个3D纳米桥结的临界电流，Φ0为磁通量子，B为外加电流产生的磁场，Ai为第i个超导量子干涉器件的环面积，Φai为第i个超导量子干涉器件的超导环所包围的磁通量，N个所述超导量子干涉滤波器的环面积服从随机分布。
优选地，N个所述超导量子干涉器件串联形成的所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器满足如下关系：
其中，I为所述超导量子干涉滤波器的电流，N为所述超导量子干涉器件的数量，IC为单个3D纳米桥结的临界电流，Φ0为磁通量子，B为外加电流产生的磁场，Ai为第i个超导量子干涉器件的环面积，Φai为第i个超导量子干涉器件的超导环所包围的磁通量，N个所述超导量子干涉滤波器的环面积服从随机分布。
优选地，所述第一电极、所述第二电极及所述纳米线的材料包括超导材料中的至少一种。
优选地，所述绝缘夹层的厚度设定为1nm～10nm。
优选地，所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器所在基片的尺寸不大于2英寸。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种上述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器的制备方法，所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器的制备方法至少包括：
S1：提供一基片，于所述基片上形成第一超导材料层；
S2：刻蚀所述第一超导材料层，以于所述基片上形成第一电极，保留所述第一电极表面的光刻胶；
S3：于步骤S2得到的结构表面覆盖绝缘材料层；
S4：于所述绝缘材料层的表面形成第二超导材料层；
S5：图形化所述第二超导材料层，以形成第二电极；
S6：去除所述第一电极上方的绝缘材料层，于所述第一电极与所述第二电极之间形成绝缘夹层，剥离所述第一电极及所述第二电极表面的光刻胶；
S7：于所述第一电极、所述绝缘夹层及所述第二电极的上表面形成纳米线材料层；
S8：刻蚀所述纳米线材料层形成纳米线，以得到所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器。
优选地，所述第一超导材料层、所述第二超导材料层及所述纳米线材料层通过多腔体磁控溅射形成。
优选地，采用离子束沉积形成所述绝缘材料层。
优选地，形成所述第一电极的步骤具体包括：于所述第一超导材料层上涂覆第一光刻胶层，采用步进式光刻将第一掩膜版上图形转移到所述第一光刻胶层上，采用反应离子刻蚀将所述第一光刻胶层上的图形转移到所述第一超导材料层上。
优选地，形成所述第二电极的步骤具体包括：于所述第二超导材料层上涂覆第二光刻胶层，采用步进式光刻将第二掩膜版上图形转移到所述第二光刻胶层上，采用反应离子刻蚀将所述第二光刻胶层上的图形转移到所述第二超导材料层上。
优选地，形成所述纳米线的步骤具体包括：于所述纳米线材料层上涂覆第三光刻胶层，采用电子束光刻将第三掩膜版上图形转移到所述纳米线材料层上，采用反应离子刻蚀将所述第三光刻胶层上的图形转移到所述纳米线材料层上。
优选地，在步骤S6中，剥离所述第一电极及所述第二电极表面的光刻胶后采用化学机械平坦化处理所述第一电极、所述第二电极及所述绝缘夹层，使所述第一电极、所述第二电极及所述绝缘夹层的上表面平坦且厚度均匀。
如上所述，本发明的基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器及其制备方法，具有以下有益效果：
本发明的基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器及其制备方法将3D纳米桥结应用于SQIFs阵列，通过改变3D纳米桥结的串、并联的不同方式，来达到减小SQIFs阵列的面积，增大SQIF的集成度的目的。
附图说明
图1显示为本发明的通过100个超导量子干涉器件并联形成的基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器的俯视示意图。
图2显示为本发明的超导量子干涉器件的俯视示意图。
图3显示为本发明的超导量子干涉器件的侧视示意图。
图4显示为本发明的3个基于3D纳米桥结的超导量子干涉器件和100个基于3D纳米桥结的超导量子干涉器件并联得到的理想电流-磁通关系示意图。
图5显示为本发明的通过100个超导量子干涉器件串联形成的基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器的俯视示意图。
图6显示为本发明的3个基于3D纳米桥结的超导量子干涉器件和100个基于3D纳米桥结的超导量子干涉器件串联得到的理想电流-磁通关系示意图。
图7显示为本发明的形成第一超导材料层的侧视结构示意图。
图8显示为本发明的形成第一电极的侧视结构示意图。
图9显示为本发明的形成绝缘材料层的侧视结构示意图。
图10显示为本发明的形成第二超导材料层的侧视结构示意图。
图11显示为本发明的剥离光刻胶后的侧视结构示意图。
图12显示为本发明的平坦化处理后的侧视结构示意图。
元件标号说明
11 超导量子干涉器件
111 基片
112 第一超导材料层
112a 第一电极
113 第一光刻胶
114、114’ 绝缘材料层
114a 绝缘夹层
115 第二超导材料层
115a 第二电极
116 纳米线
S1～S8 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1～图12。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器，所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器至少包括：
多个超导量子干涉器件11并联形成阵列，所述超导量子干涉器件11包括两个3D纳米桥结并联形成的超导环。
具体地，在本实施例中，所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器1包括100个所述超导量子干涉器件11，构成10*10的阵列，在实际应用中，所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器1包括的所述超导量子干涉器件11的数量及阵列的排布方式根据实际需要具体设定，不以本实施例为限。
具体地，如图2及图3所示，所述超导量子干涉器件11包括两个并联的3D纳米桥结形成的超导环。如图3所示，所述3D纳米桥结包括基片111，分立形成于所述基片111表面的第一电极112a和第二电极115a，形成于所述第一电极112a与所述第二电极115a之间的有绝缘夹层114a，以及形成于所述第一电极112a、所述绝缘夹层114a和所述第二电极115a表面的纳米线116。更具体地，所述基片111的材质包括但不限于MgO、蓝宝石、Si3N4、Al2O3及SiO2中的一种。所述第一电极112a、所述第二电极115a及所述纳米线116的材质为超导材料，包括但不限于Nb、NbN、NbTi、NbTiN中的一种、两种或三种。所述绝缘夹层114a的厚度设定为1nm～10nm，在本实施例中，所述绝缘夹层114a的厚度设定为5nm，所述绝缘夹层114a的材质包括但不限于SiO2、Si3N4、Al2O3、MgO中的一种。所述第二电极115a与所述基片111之间形成有绝缘材料层114’，所述绝缘材料层114’的材质包括但不限于SiO2、Si3N4、Al2O3、MgO中的一种。在本实施例中，所述纳米线116在水平面上垂直于所述绝缘夹层114a设置，覆盖于所述第一电极112a、所述第二电极115a及所述绝缘夹层114a的上表面，对所述第一电极112a与所述第二电极115a实现电性连接。
具体地，在本实施例中，包括10行所述第一电极112a及10行所述第二电极115a，各第一电极112a及各第二电极115a在Y轴方向上相间分布，其中，所述第一电极112a为沿X轴方向延伸的矩形结构，各所述第一电极112a的一端通过沿Y轴方向延伸的矩形电极连接。所述第二电极115a为梳状结构，各所述第二电极115a的一端通过沿Y轴方向延伸的矩形电极连接，所述第二电极115a包括连接部及延伸部，连接部沿X轴方向延伸；延伸部与连接部连接，为沿Y轴方向延伸的多个矩形结构，在本实施例中，所述第二电极115a两端的两个3D纳米桥结被分隔开，中间每两个为一组分隔开，以形成梳状结构，通过梳状结构可减小工艺难度，并节约材料，在实际应用中，各3D纳米桥结可不分隔开，也可根据需要设定几个3D纳米桥结为一组进行分隔，不以本实施例为限。
N个所述超导量子干涉器件并联形成的所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器满足如下关系：
其中，I为所述超导量子干涉滤波器的电流，N为所述超导量子干涉器件的数量，IC为单个3D纳米桥结的临界电流，Φ0为磁通量子，B为外加电流产生的磁场，Ai为第i个超导量子干涉器件的环面积(图2中虚线框所示区域为一个超导量子干涉器件的环面积)，Φai为第i个超导量子干涉器件的超导环所包围的磁通量，N个所述超导量子干涉滤波器的环面积服从随机分布。在本实施例中，所述超导量子干涉器件的数量N为100。
具体地，如图1所示，本实施例中的所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器通过100个超导量子干涉器件11并联，并排布成阵列结构可大大减小占用基片的面积，在本实施例中，所述基片111的面积不大于2英寸，有利于所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器的集成化。
如图4所示为3个基于3D纳米桥结的超导量子干涉器件11和100个基于3D纳米桥结的超导量子干涉器件11并联得到的理想电流-磁通关系图，其中，实线部分表示3个超导量子干涉器件11并联得到的理想电流-磁通关系，虚线表示100个超导量子干涉器件11并联得到的理想电流-磁通关系，由此可见随着并联的超导量子干涉器件11个数的增多，基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器在磁通为零附近的电流变化更加突出，因此，在2英寸的基片上形成越多的超导量子干涉器件11则器件性能越好，本发明的3D纳米桥结的线宽很小(1～10nm)，小于超导材料的相干长度，可以减小临界电流；且超导环厚度不受纳米结的限制，从而可以通过增加纳米结两端超导材料的厚度来消除超导电流在纳米结以外区域的相位梯度扩散，从而增加器件的调制深度。
实施例二
如图5所示，本实施例提供一种基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器，与实施例一的不同之处在于，多个超导量子干涉器件11串联形成阵列，以形成所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器。
具体地，在本实施例中，所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器1包括100个所述超导量子干涉器件11，构成10*10的阵列，在实际应用中，所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器包括的所述超导量子干涉器件11的数量及阵列的排布方式根据实际需要具体设定，不以本实施例为限。
具体地，如图5所示，每两个3D纳米桥结并联后依次串联，在本实施例中，每5个所述第一电极112a为一组沿X轴方向排成一行，每5个所述第二电极115a为一组沿X轴方向排成一行，各行第一电极112a及各行第二电极115a在Y轴方向上相间分布。所述第一电极112a为沿X轴方向延伸的矩形结构，所述第二电极115a为梳状结构，在此不一一赘述。
N个所述超导量子干涉器件串联形成的所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器满足如下关系：
其中，I为所述超导量子干涉滤波器的电流，N为所述超导量子干涉器件的数量，IC为单个3D纳米桥结的临界电流，Φ0为磁通量子，B为外加电流产生的磁场，Ai为第i个超导量子干涉器件的环面积，Φai为第i个超导量子干涉器件的超导环所包围的磁通量，N个所述超导量子干涉滤波器的环面积服从随机分布。在本实施例中，所述超导量子干涉器件的数量N为100。
如图6所示为3个基于3D纳米桥结的超导量子干涉器件11和100个基于3D纳米桥结的超导量子干涉器件11串联得到的理想电流-磁通关系图，其中，实线部分表示3个超导量子干涉器件11串联得到的理想电流-磁通关系，虚线表示100个超导量子干涉器件11串联得到的理想电流-磁通关系，由此可见随着串联的超导量子干涉器件11个数的增多，基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器在磁通为零附近的电流变化更加突出，因此，在2英寸的基片上形成越多的超导量子干涉器件11则器件性能越好，本实施例中的3D纳米桥结宽度达到纳米级，小于超导材料相干长度，使得本实施例中的超导量子干涉器件11的尺寸大大减小。
实施例三
如图3、图7～图12所示，本实施例提供一种所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器的制备方法，至少包括：
步骤S1：提供一基片111，于所述基片111上形成第一超导材料层112。
具体地，如图7所示，提供一基片111，所述基片111的尺寸不大于2英寸，所述基片111的材料包括但不限于MgO、蓝宝石、Si3N4、Al2O3及SiO2中的一种。在本实施例中，通过多腔体磁控溅射在所述基片111上生长所述第一超导材料层112，所述第一超导材料层112的材质包括但不限于Nb、NbN、NbTi及NbTiN中的一种，任意超导材料均适用于所述第一超导材料层112，不以本实施例为限。
步骤S2：刻蚀所述第一超导材料层112，以于所述基片111上形成第一电极112a。
具体地，如图8所示，在所述第一超导材料层112的表面涂覆第一光刻胶层113，在本实施例中，采用步进式光刻将第一掩膜版上图形转移到所述第一光刻胶层113上，然后采用反应离子刻蚀将所述第一光刻胶层113上的图形转移到所述第一超导材料层112上，并保留剩余光刻胶。光刻及刻蚀的方法包括但不限于本实施例中所列举，任意可实现光刻和刻蚀的方法均适用于本发明。如图8所述，所述第一超导材料层112的左半部分被刻蚀掉，并露出所述基片111，图8仅作为示例，实际刻蚀后保留的图形如实施例一及实施例二中所描述的第一电极112a的形状，在此不一一赘述。
步骤S3：于所述第一光刻胶层113的表面、侧面，所述第一电极112a的侧面以及所述基片111的表面形成绝缘材料层114。
具体地，如图9所示，在本实施例中，采用离子束沉积生长所述绝缘材料层114。所述绝缘材料层114的材质包括但不限于Si3N4、Al2O3、SiO2或MgO的绝缘材料。
步骤S4：于所述绝缘材料层114的表面形成第二超导材料层115。
具体地，如图10所示，在本实施例中，通过多腔体磁控溅射在所述绝缘材料层114上生长所述第二超导材料层115，所述第二超导材料层115的材质包括但不限于Nb、NbN、NbTi及NbTiN中的一种，任意超导材料均适用于所述第二超导材料层115，不以本实施例为限。
步骤S5：刻蚀所述第二超导材料层115，以形成第二电极115a。
具体地，在所述第二超导材料层115的表面涂覆第二光刻胶层，在本实施例中，采用步进式光刻将第二掩膜版上图形转移到所述第二光刻胶层上，然后采用反应离子刻蚀将所述第二光刻胶层上的图形转移到所述第二超导材料层115上，并保留剩余光刻胶。光刻及刻蚀的方法包括但不限于本实施例中所列举，任意可实现光刻和刻蚀的方法均适用于本发明。
步骤S6：去除所述第一电极112a上方的绝缘材料层114，于所述第一电极112a与所述第二电极115a之间形成绝缘夹层114a，剥离所述第一电极112a及所述第二电极115a表面的光刻胶。
具体地，通过刻蚀去除所述第一电极112a上方的绝缘材料层114，以于所述第一电极112a与所述第二电极115a之间形成绝缘夹层114a，于所述第二电极115a与所述基片111之间形成绝缘材料层114’。如图11所示，剥离所述第一电极112a及所述第二电极115a表面的光刻胶后，所述第一电极112a、所述绝缘夹层114a及所述第二电极115a的上表面会存在剥离不干净、机械损伤、刻蚀不干净等问题。如图12所示，本实施例中，采用化学机械平坦化(Chemical Mechanical Polishing，CMP)处理所述第一电极112a、所述第二电极115a及所述绝缘夹层114a，确保所述第一电极112a、所述第二电极115a及所述绝缘夹层114a的上表面平坦且厚度均匀，进而提高器件的性能。
步骤S7：于所述第一电极112a、所述绝缘夹层114a及所述第二电极115a的上表面形成纳米线材料层。
具体地，在本实施例中，通过多腔体磁控溅射在所述第一电极112a、所述绝缘夹层114a及所述第二电极115a的上表面生长所述纳米线材料层，所述纳米线材料层的材质包括但不限于Nb、NbN、NbTi及NbTiN中的一种，任意超导材料均适用于所述纳米线材料层，不以本实施例为限。
步骤S8：刻蚀所述纳米线材料层形成纳米线116，以得到所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器。
具体地，如图3所示，于所述纳米线材料层上涂覆第三光刻胶层，采用电子束光刻将第三掩膜版上图形转移到所述纳米线材料层上，采用反应离子刻蚀将所述第三光刻胶层上的图形转移到所述纳米线材料层上。光刻及刻蚀的方法包括但不限于本实施例中所列举，任意可实现光刻和刻蚀的方法均适用于本发明。
采用FIB(Focused Ion beam，聚焦离子束)工艺制备的超导量子干涉器件存在回滞现象，大大影响器件性能；在环状针尖结构上制备超导量子干涉器件可直接形成超导环，但是每个针尖结构只能制备一个超导环，不利于集成；上述两种方式形成的超导量子干涉滤波器均无法达到本发明的基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器的面积小，集成度高，I-V特性曲线中无回滞现象，无需特别并联电阻，制备工艺相对简单等优点。
本发明的基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器及其制备方法将3D纳米桥结应用于SQIFs阵列，通过改变3D纳米桥结的串、并联的不同方式，来达到减小SQIFs阵列的面积，增大SQIF的集成度的目的。
综上所述，本发明提供一种基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器及其制备方法，包括提供一基片，于所述基片上形成第一超导材料层；图形化所述第一超导材料层，以于所述基片上形成第一电极，保留所述第一电极表面的光刻胶；于上一步得到的结构表面覆盖绝缘材料层；于所述绝缘材料层的表面形成第二超导材料层；图形化所述第二超导材料层，以形成第二电极；去除所述第一电极上方的绝缘材料层，于所述第一电极与所述第二电极之间形成绝缘夹层，剥离所述第一电极及所述第二电极表面的光刻胶；于所述第一电极、所述绝缘夹层及所述第二电极的上表面形成纳米线材料层；刻蚀所述纳米线材料层形成纳米线，以得到多个3D纳米桥结，两个3D纳米桥结并联形成超导量子干涉器件，多个超导量子干涉器件串联、并联或串并联形成基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器。本发明的基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器及其制备方法将3D纳米桥结应用于SQIFs阵列，通过改变3D纳米桥结的串、并联的不同方式，来达到减小SQIFs阵列的面积，增大SQIF的集成度的目的。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器，其特征在于，所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器至少包括：
多个超导量子干涉器件串联、并联或串并联形成的阵列，所述超导量子干涉器件包括两个3D纳米桥结并联形成的超导环；
其中，所述3D纳米桥结包括基片、分立形成于所述基片表面的第一电极和第二电极、形成于所述第一电极与所述第二电极之间的绝缘夹层，以及形成于所述第一电极、所述绝缘夹层和所述第二电极表面的纳米线，所述第二电极与所述基片之间形成有绝缘材料层，所述纳米线电性连接所述第一电极与所述第二电极；
当N个所述超导量子干涉器件并联时，形成的所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器满足如下关系：
当N个所述超导量子干涉器件串联时，形成的所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器满足如下关系：
其中，I为所述超导量子干涉滤波器的电流，N为所述超导量子干涉器件的数量，IC为单个3D纳米桥结的临界电流，Φ0为磁通量子，B为外加电流产生的磁场，Ai为第i个超导量子干涉器件的环面积，Φai为第i个超导量子干涉器件的超导环所包围的磁通量，N个所述超导量子干涉滤波器的环面积服从随机分布。
2.根据权利要求1所述的基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器，其特征在于：所述第一电极、所述第二电极及所述纳米线的材料包括超导材料中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器，其特征在于：所述绝缘夹层的厚度设定为1nm～10nm。
4.根据权利要求1所述的基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器，其特征在于：所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器所在基片的尺寸不大于2英寸。
5.如权利要求1～4任意一项所述的基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器的制备方法，其特征在于，至少包括：
S1：提供一基片，于所述基片上形成第一超导材料层；
S2：图形化所述第一超导材料层，以于所述基片上形成第一电极，保留所述第一电极表面的光刻胶；
S3：于步骤S2得到的结构表面覆盖绝缘材料层；
S4：于所述绝缘材料层的表面形成第二超导材料层；
S5：图形化所述第二超导材料层，以形成第二电极；
S6：去除所述第一电极上方的绝缘材料层，于所述第一电极与所述第二电极之间形成绝缘夹层，剥离所述第一电极及所述第二电极表面的光刻胶；
S7：于所述第一电极、所述绝缘夹层及所述第二电极的上表面形成纳米线材料层；
S8：刻蚀所述纳米线材料层形成纳米线，以得到所述基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器。
6.根据权利要求5所述的基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器的制备方法，其特征在于：所述第一超导材料层、所述第二超导材料层及所述纳米线材料层通过多腔体磁控溅射形成。
7.根据权利要求5所述的基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器的制备方法，其特征在于：采用离子束沉积形成所述绝缘材料层。
8.根据权利要求5所述的基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器的制备方法，其特征在于：形成所述第一电极的步骤具体包括：于所述第一超导材料层上涂覆第一光刻胶层，采用步进式光刻将第一掩膜版上图形转移到所述第一光刻胶层上，采用反应离子刻蚀将所述第一光刻胶层上的图形转移到所述第一超导材料层上。
9.根据权利要求5所述的基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器的制备方法，其特征在于：形成所述第二电极的步骤具体包括：于所述第二超导材料层上涂覆第二光刻胶层，采用步进式光刻将第二掩膜版上图形转移到所述第二光刻胶层上，采用反应离子刻蚀将所述第二光刻胶层上的图形转移到所述第二超导材料层上。
10.根据权利要求5所述的基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器的制备方法，其特征在于：形成所述纳米线的步骤具体包括：于所述纳米线材料层上涂覆第三光刻胶层，采用电子束光刻将第三掩膜版上图形转移到所述纳米线材料层上，采用反应离子刻蚀将所述第三光刻胶层上的图形转移到所述纳米线材料层上。
11.根据权利要求5所述的基于3D纳米桥结的超导量子干涉滤波器的制备方法，其特征在于：在步骤S6中，剥离所述第一电极及所述第二电极表面的光刻胶后采用化学机械平坦化处理所述第一电极、所述第二电极及所述绝缘夹层，使所述第一电极、所述第二电极及所述绝缘夹层的上表面平坦且厚度均匀。
CN201711008605.5A 2017-10-25 2017-10-25 基于3d纳米桥结的超导量子干涉滤波器及其制备方法 Active CN107871812B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711008605.5A CN107871812B (zh) 2017-10-25 2017-10-25 基于3d纳米桥结的超导量子干涉滤波器及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711008605.5A CN107871812B (zh) 2017-10-25 2017-10-25 基于3d纳米桥结的超导量子干涉滤波器及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107871812A CN107871812A (zh) 2018-04-03
CN107871812B true CN107871812B (zh) 2019-11-26

Family

ID=61753322

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711008605.5A Active CN107871812B (zh) 2017-10-25 2017-10-25 基于3d纳米桥结的超导量子干涉滤波器及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107871812B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108539004B (zh) * 2018-04-25 2023-12-05 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 亚微米约瑟夫森隧道结及其制备方法
CN111725382B (zh) * 2019-03-22 2022-02-22 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 超导磁通量子存储单元结构及其写入和读取方法
CN111463342B (zh) * 2020-03-26 2022-03-25 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种纳米超导量子干涉器件及其制备方法
CN114152902B (zh) * 2021-12-03 2023-03-28 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 基于薄膜桥约瑟夫森结的squid探针及其使用方法
CN115568276A (zh) * 2022-09-30 2023-01-03 阿里巴巴达摩院(杭州)科技有限公司 量子器件的制备方法、超导电路及量子芯片

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103762302A (zh) * 2014-01-24 2014-04-30 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种纳米超导量子干涉器件及其制作方法
US9097751B1 (en) * 2012-11-28 2015-08-04 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Linear voltage response of non-uniform arrays of bi-SQUIDs
CN105984840A (zh) * 2015-03-17 2016-10-05 国际商业机器公司 用于纳米桥弱链接的硅化纳米线
US9588191B1 (en) * 2008-08-18 2017-03-07 Hypres, Inc. High linearity superconducting radio frequency magnetic field detector

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9588191B1 (en) * 2008-08-18 2017-03-07 Hypres, Inc. High linearity superconducting radio frequency magnetic field detector
US9097751B1 (en) * 2012-11-28 2015-08-04 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Linear voltage response of non-uniform arrays of bi-SQUIDs
CN103762302A (zh) * 2014-01-24 2014-04-30 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种纳米超导量子干涉器件及其制作方法
CN105984840A (zh) * 2015-03-17 2016-10-05 国际商业机器公司 用于纳米桥弱链接的硅化纳米线

Also Published As

Publication number Publication date
CN107871812A (zh) 2018-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107871812B (zh) 基于3d纳米桥结的超导量子干涉滤波器及其制备方法
CN106816525B (zh) 氮化铌squid器件、制备方法及参数后处理方法
CN106953000B (zh) 集成于约瑟夫森结的超导磁场线圈及其制备方法
CN103762302B (zh) 一种纳米超导量子干涉器件及其制作方法
Singh et al. Colossal proximity effect in a superconducting triplet spin valve based on the half-metallic ferromagnet CrO 2
JP5152549B2 (ja) ジョセフソン接合及びジョセフソンデバイス
CN105449094A (zh) 氮化铌薄膜的制备方法、squid器件及其制备方法
CN112670401B (zh) 约瑟夫森结及其超导器件与制备方法
CN110249343A (zh) 降低寄生电容并耦合到电感耦合器模式
KR102241971B1 (ko) 양자 비트 디페이징을 감소시키기 위한 선택적 캡핑
CN109597004A (zh) 超导量子干涉器件及制备方法
CN109560189A (zh) 一种磁通超导探测器及制备方法以及探测方法
CN110148664A (zh) 约瑟夫森结的制备方法
CN105428517B (zh) 一种双通道超导连接及其制备方法
CN105702849B (zh) 台阶区域覆盖有超导覆盖层的超导电路结构及其制备方法
CN111969101A (zh) 基于NbN的约瑟夫森结及其制备方法
CN105633268A (zh) 一种超导电路结构及其制备方法
CN111969100B (zh) 基于TaN的约瑟夫森结及其制备方法
CN107229021A (zh) 三维磁场测量组件及制备方法
Hilgenkamp et al. Four layer monolithic integrated high T c dc SQUID magnetometer
Schultze et al. How to puzzle out a good high-Tc superconducting quantum interference filter
AU2019240774B2 (en) Superconducting quantum interference apparatus
Weides et al. Critical current diffraction pattern of SIFS Josephson junctions with a step-like F-layer
Tsukamoto et al. High-yield fabrication method for high-Tc superconducting quantum interference device magnetometer with integrated multiturn input coil
Kiryu et al. Effects of parasitic capacitance in a magnetically-coupled voltage multiplier

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20181218

Address after: 200050 No. 865, Changning Road, Shanghai, Changning District

Applicant after: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences

Applicant after: University of Chinese Academy of Sciences

Address before: 200050 865 Changning Road, Changning District, Changning District, Shanghai.

Applicant before: Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant