CN111200056B - 约瑟夫森结器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种约瑟夫森结器件的制备方法，包括：提供衬底；在所述衬底表面形成间隔设置的第一电极和第二电极，在所述衬底表面形成间隔区域；分别提供第一超导材料薄膜和第二超导材料薄膜，所述第一超导材料薄膜和所述第二超导材料薄膜为层状超导材料，所述层状超导材料包括绝缘层和超导层；将所述第一超导材料薄膜转移至所述衬底表面，使所述第一超导材料薄膜同时覆盖部分所述间隔区域及部分所述第一电极；以及将所述第二超导材料薄膜转移至所述衬底表面，使所述第二超导材料薄膜同时覆盖部分所述第一超导材料薄膜、部分所述间隔区域及部分所述第二电极。本发明还公开了一种约瑟夫森结器件。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及约瑟夫森结器件及其制备方法。
背景技术
约瑟夫森结(Josephson junction)是指当两个相同或者不同的超导体相互靠近到一定程度而存在弱耦合的情况下，可以实现库珀对(Copper pair)隧穿的一种结构。约瑟夫森结是研究很多物理本质和实际应用的基础，例如超导量子干涉器(SQUID)等等。最早，人们主要是对常规超导体(铅Pb、锡Sn等)的约瑟夫森结进行了研究。而制备这种结构采用最普遍的方法是在两个超导体之间沉积或氧化1nm～3nm的绝缘层。但是对于常规超导体的应用有一定的局限性，例如超导转变温度低，需要在4.2K液氦温度区进行，甚至到稀释制冷的温度(10mK)。
后来，采用非常规超导体制备的约瑟夫森结样品都是厚度非常厚的样品，最薄的也有几百纳米，多于100个元胞的厚度(例如：Bi2212的一个元胞的厚度约为3.07nm)。对于这样厚度的样品很难保证在结区的所有区域都是均匀、平整的，不可避免的会有错层，使得临界电流的方向不再均一和稳定。
为了最后的电输运测量，需要在约瑟夫森结上制备电极。对于薄的约瑟夫森结器件的常规做法是先在衬底形成约瑟夫森结薄膜，再在约瑟夫森结薄膜上制备电极，制备电极过程中的化学试剂和制备工艺会对某些约瑟夫森结薄膜样品造成不可逆的损坏。
发明内容
基于此，有必要针对在约瑟夫森结薄膜表面制备电极过程中，约瑟夫森结薄膜容易被破坏的问题，提供一种约瑟夫森结器件及其制备方法。
一种约瑟夫森结器件的制备方法，包括：
提供衬底；
在所述衬底表面形成间隔设置的第一电极和第二电极，在所述衬底表面形成间隔区域；
分别提供第一超导材料薄膜和第二超导材料薄膜，所述第一超导材料薄膜和所述第二超导材料薄膜为层状超导材料，所述层状超导材料包括绝缘层和超导层；
将所述第一超导材料薄膜转移至所述衬底表面，使所述第一超导材料薄膜同时覆盖部分所述间隔区域及部分所述第一电极；以及
将所述第二超导材料薄膜转移至所述衬底表面，使所述第二超导材料薄膜同时覆盖部分所述第一超导材料薄膜、部分所述间隔区域及部分所述第二电极。
在其中一个实施例中，还包括对所述第一超导材料薄膜和所述第二超导材料薄膜的重叠部分进行退火的步骤。
在其中一个实施例中，所述退火温度为500℃～600℃。
在其中一个实施例中，所述退火时间为5分钟～30分钟。
在其中一个实施例中，所述分别提供第一超导材料薄膜和第二超导材料薄膜的步骤包括：
分别提供第一超导材料的单晶样品和第二超导材料的单晶样品；
分别用胶带粘贴所述第一超导材料的单晶样品和第二超导材料的单晶样品，使所述第一超导材料和所述第二超导材料解理到所述胶带上；
提供转移介质；以及
用负载有所述第一超导材料或所述第二超导材料的胶带粘贴所述转移介质，使所述第一超导材料薄膜或所述第二超导材料薄膜负载在所述转移介质上。
在其中一个实施例中，所述将所述第一超导材料薄膜转移至所述衬底表面的步骤包括：
将所述第一电极、所述第二电极和所述衬底形成的第一层叠结构向靠近所述转移介质的方向移动，使所述第一超导材料薄膜与所述第一电极及所述间隔区域贴合；以及
将所述第一层叠结构向远离所述转移介质的方向移动，使所述转移介质和所述第一超导材料薄膜分离。
在其中一个实施例中，还包括：在移动贴合所述第一层叠结构之前，调整所述第一层叠结构的位置，使所述转移介质的负载有所述第一超导材料薄膜的表面与所述衬底表面相对设置，并且所述第一超导材料薄膜在所述衬底表面的投影区域限定在所述间隔区域和所述第一电极上。
在其中一个实施例中，所述将所述第二超导材料薄膜转移至所述衬底表面的步骤包括：
将所述第一超导材料薄膜、所述第一电极、所述第二电极和所述衬底形成的第二层叠结构向靠近所述转移介质的方向移动，使所述第二超导材料薄膜与所述第一超导材料薄膜、所述间隔区域及所述第二电极贴合；以及
将所述第二层叠结构向远离转移介质的方向移动，使所述转移介质和所述第二超导材料薄膜分离。
在其中一个实施例中，还包括：在贴合所述第二层叠结构之前，调整所述第二层叠结构的位置，使所述转移介质的负载有所述第二超导材料薄膜的表面与所述衬底表面相对设置，并且所述第二超导材料薄膜在所述衬底表面的投影区域限定在所述间隔区域和所述第二电极上。
在其中一个实施例中，所述转移介质的材料包括聚二甲基硅氧烷和聚碳酸亚丙酯中的一种或多种。
一种所述的约瑟夫森结器件的制备方法制备的约瑟夫森结器件，包括依次叠加设置的：
衬底；
间隔设置在所述衬底表面的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极在所述衬底表面形成间隔区域；
第一超导材料薄膜，所述第一超导材料薄膜同时覆盖部分所述间隔区域及部分所述第一电极；以及
第二超导材料薄膜，所述第二超导材料薄膜同时覆盖部分所述第一超导材料薄膜、部分所述间隔区域及部分所述第二电极。
在其中一个实施例中，所述第一超导材料薄膜包括铜基氧化物高温超导材料，和/或所述第二超导材料薄膜包括铜基氧化物高温超导材料。
在其中一个实施例中，所述第一超导材料薄膜包括Bi2212、Bi2201、Bi2223及Bi2234中的至少一种，和/或所述第二超导材料薄膜包括Bi2212、Bi2201、Bi2223及Bi2234中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述第一超导材料薄膜的厚度为1.5nm～100nm，所述第二超导材料薄膜的厚度为1.5nm～100nm。
在其中一个实施例中，所述衬底为二氧化硅/硅、砷化镓、玻璃、氧化镁及钛酸锶中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述第一电极为沿背离所述衬底表面的方向依次叠加设置的钛层和金层，和/或所述第二电极为沿背离所述衬底表面的方向依次叠加设置的钛层和金层。
在其中一个实施例中，所述第一电极有多个，所述多个第一电极沿与所述第一电极和所述第二电极相对的方向垂直的方向并列设置，所述第二电极有多个，所述多个第二电极沿与所述第一电极和所述第二电极相对的方向垂直的方向并列设置。
本发明通过在衬底上先形成第一电极和第二电极，然后依次将第一超导材料薄膜和第二超导材料薄膜转移到衬底、第一电极和第二电极上的方法制备所述约瑟夫森结器件。所述第一超导材料薄膜和所述第二超导材料薄膜的重叠部分形成约瑟夫森结，所述第一电极和所述第二电极分别用于对第一超导材料薄膜和所述第二超导材料薄膜的电学性质的检测，所述第一超导材料薄膜不与所述第二电极接触，所述第二超导材料薄膜不与所述第一电极接触。本发明的先形成电极再转移超导材料薄膜的方法能够避免在电极形成过程中对超导材料薄膜性能的损伤，提高约瑟夫森结器件的质量。
附图说明
图1为本发明一实施例的约瑟夫森结器件的制备过程示意图；
图2为本发明一实施例的第一电极和第二电极的制备过程示意图；
图3为本发明一实施例的转移台的结构示意图；
图4为本发明一实施例的约瑟夫森结器件的结构示意图；
图5为本发明一实施例的电极结构示意图；
图6为本发明一实施例的约瑟夫森结器件的显微镜照片；
图7为本发明一实施例的约瑟夫森结器件的电流电压关系图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的约瑟夫森结器件及其制备方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。实施例附图中各种不同对象按便于列举说明的比例绘制，而非按实际组件的比例绘制。
请参阅图1，本发明实施例提供一种约瑟夫森结器件的制备方法，包括：
S10，提供衬底10；
S20，在所述衬底10表面形成间隔设置的第一电极21和第二电极22，在所述衬底10表面形成间隔区域；
S30，分别提供第一超导材料薄膜31和第二超导材料薄膜32，所述第一超导材料薄膜31和所述第二超导材料薄膜32为层状超导材料，所述层状超导材料包括绝缘层和超导层；
S40，将所述第一超导材料薄膜31转移至所述衬底10表面，使所述第一超导材料薄膜31同时覆盖部分所述间隔区域及部分所述第一电极21；以及
S50，将所述第二超导材料薄膜32转移至所述衬底10表面，使所述第二超导材料薄膜32同时覆盖部分所述第一超导材料薄膜31、部分所述间隔区域及部分所述第二电极22。
本发明实施例通过在衬底10上先形成第一电极21和第二电极22，然后依次将第一超导材料薄膜31和第二超导材料薄膜32转移到衬底10、第一电极21和第二电极22上的方法制备所述约瑟夫森结器件。所述第一超导材料薄膜31和所述第二超导材料薄膜32的重叠部分形成约瑟夫森结。所述第一电极21和所述第二电极22分别用于对第一超导材料薄膜31和所述第二超导材料薄膜32的电学性质的检测，所述第一超导材料薄膜31不与所述第二电极22接触，所述第二超导材料薄膜32不与所述第一电极21接触。本发明先形成电极再转移超导材料薄膜的方法能够避免在电极形成过程中对超导材料薄膜性能的损伤，提高约瑟夫森结器件的质量。
在步骤S20中，所述形成第一电极21和第二电极22的方法可以为微加工工艺。所述微加工工艺包括但不限于光刻。
请参阅图2，在一实施例中，步骤S20可以包括：
S21，在所述衬底10上形成图形化的光刻胶层54，所述图形化的光刻胶层54包括电极图案区和非电极图案区，所述电极图案区未覆盖光刻胶，所述非电极图案区覆盖光刻胶，所述电极图案区包括相对的第一电极21图案区和第二电极22图案区；
S22，通过热蒸镀法在覆盖有所述图形化的光刻胶层54的衬底10上形成电极层20，所述电极层20覆盖所述电极图案区和所述非电极图案区；以及
S23，去除所述图形化的光刻胶层54和所述非电极图案区的电极层20。
在步骤S21中，可先在所述衬底10上形成连续一整层光刻胶层52，再通过光刻或电子束刻蚀的方法对所述光刻胶层52进行刻蚀，形成图形化的光刻胶层54。
在步骤S23中，可以通过将所述S22形成的层叠结构在丙酮中浸泡处理，从而将所述非电极图案区的图形化的光刻胶层54及其表面覆盖的电极层20从所述衬底10表面去除。
在步骤S30中，所述第一超导材料薄膜31和所述第二超导材料薄膜32可以为同种或不同种超导材料。
在一实施例中，所述分别提供第一超导材料薄膜31和第二超导材料薄膜32的步骤可以包括：S32，分别提供第一超导材料的单晶样品和第二超导材料的单晶样品；以及S34，分别用胶带粘贴所述第一超导材料的单晶样品和第二超导材料的单晶样品，然后将所述胶带从所述第一超导材料的单晶样品和第二超导材料的单晶样品上剥离，使第一超导材料和第二超导材料分别解理到所述胶带上。本发明实施例通过胶带粘贴后剥离的方式将所述第一超导材料的单晶样品以薄膜的状态解理下来。所述胶带粘贴后剥离的步骤可以重复多次，通过多次胶带粘贴所述超导材料样品后剥离得到大面积平整、均匀的超导材料。
所述步骤S30还包括：S36，提供转移介质40；以及S38，分别用负载有所述第一超导材料或所述第二超导材料的胶带粘贴所述转移介质40，使所述第一超导材料薄膜31或所述第二超导材料薄膜32负载在所述转移介质40上。本发明实施例以所述转移介质40为中间载体，使所述胶带上的第一超导材料或第二超导材料转移所述转移介质40，从而可以进一步通过所述转移介质40转移至所述衬底10的间隔区域、所述第一电极21或所述第二电极22上。
所述转移介质40的材料可以选自但不限于聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚碳酸亚丙酯(PPC)中的一种或多种。
优选的，可以包括：在步骤S40之前，在光学显微镜下观察所述转移介质40上负载的第一超导材料薄膜31或第二超导材料薄膜32的步骤，通过光学显微镜观察所述胶带上是否有符合需求的超导材料薄膜31和第二超导材料薄膜32，例如符合需求的面积、厚度等。
在步骤S40中，所述将所述第一超导材料薄膜31转移至所述衬底10表面的步骤可以包括：
S42，将所述第一电极21、所述第二电极22和所述衬底10形成的第一层叠结构向靠近所述转移介质40的方向移动，使所述第一超导材料薄膜31与所述第一电极21及所述间隔区域贴合；以及
S44，将所述第一层叠结构向远离所述转移介质40的方向移动，使所述转移介质40和所述第一超导材料薄膜31分离。
本实施例通过将所述转移介质40和所述第一层叠结构的靠近和远离，使得所述第一超导材料薄膜31由所述转移介质40转移至所述第一层叠结构上。
在一实施例中，步骤S40还包括：在贴合所述第一层叠结构之前，调整所述第一层叠结构的位置，使所述转移介质40的负载有所述第一超导材料薄膜31的表面与所述衬底10表面相对设置，并且所述第一超导材料薄膜31在所述衬底10表面的投影区域限定在所述间隔区域和所述第一电极21上。由于本实施例的电极的尺寸和超导材料薄膜的尺寸一般较小，通过在转移所述第一超导材料薄膜31之前进行第一超导材料薄膜31和第一层叠结构的定位，使得所述第一超导材料薄膜31能够准确转移到所述第一层叠结构的预定位置，即第一电极21和间隔区域的交接位置的两侧。
同理，在步骤S50中，所述将所述第二超导材料薄膜32转移至所述衬底10表面的步骤可以包括：
S52，将所述第一超导材料薄膜31、所述第一电极21、所述第二电极22和所述衬底10形成的第二层叠结构向靠近所述转移介质40的方向移动，使所述第二超导材料薄膜32与所述第一超导材料薄膜31、所述间隔区域及所述第二电极22贴合；以及
S54，将所述第二层叠结构向远离所述转移介质40的方向移动，使所述转移介质40和所述第二超导材料薄膜32分离。
在一实施例中，所述步骤S50还包括：在贴合所述第二层叠结构之前，调整所述第二层叠结构的位置，使所述转移介质40的负载有所述第二超导材料薄膜32的表面与所述衬底10表面相对设置，并且所述第二超导材料薄膜32在所述衬底10表面的投影区域限定在所述间隔区域和所述第二电极22上。
所述第二超导材料薄膜32的转移原理与所述第一超导材料薄膜31的转移原理相同，这里不再进行赘述。
优选的，在步骤S50之后，还可以包括对所述第一超导材料薄膜31和所述第二超导材料薄膜32的重叠部分进行退火的步骤。通过退火的方法能够使得所述第一超导材料薄膜31和第二超导材料薄膜32重叠部分的接触位置的原子能够充分弛豫，从而控制第一超导材料薄膜31和第二超导材料薄膜32的耦合强度，形成高质量的约瑟夫森结。
在其中一个实施例中，所述退火温度可以为500℃～600℃。在其中一个实施例中，所述退火时间可以为5分钟～30分钟。所述退火温度不宜过高，退火温度过高会使超导材料薄膜中的提供载流子的原子溢出，从而降低载流子浓度，降低超导材料薄膜的超导转变温度。优选的，在氧气环境中进行退火。在一实施例中，退火之后约瑟夫森结区的电阻会由几千欧姆减小为几十欧姆，通过退火减小了约瑟夫森结的第一超导材料薄膜31和第二超导材料薄膜32结合区的空位，从而提高约瑟夫森结器件的性能。
请参阅图3，本发明实施例的第一超导材料薄膜31和第二超导材料薄膜32的转移步骤，即步骤S40和S50可以通过转移台实现。所述转移台可以包括转移架62和移动台64，所述转移架62和所述移动台64相对设置，所述移动台64可以沿前后、左右和竖直方向(即X、Y、Z方向)移动。所述转移介质40可以固定在所述转移架62上，所述衬底10可以设置在所述移动台64上，通过升降所述移动台64控制所述第一超导材料薄膜31(或所述第二超导材料薄膜32)与所述衬底10的靠近或远离。优选的，所述转移台还可以包括光学显微镜，通过所述光学显微镜可以精确观察所述第一超导材料薄膜31(或所述第二超导材料薄膜32)与所述衬底10的相对位置，通过所述第一超导材料薄膜31(或所述第二超导材料薄膜32)与所述衬底10的相对位置的调整，实现所述第一超导材料薄膜31(或所述第二超导材料薄膜32)在所述衬底10的精确定位。
本发明实施例还提供一种约瑟夫森结器件，可通过上述方法制备，包括依次叠加设置的：
衬底10；
间隔设置在所述衬底10表面的第一电极21和第二电极22，所述第一电极21和所述第二电极22在所述衬底10表面形成间隔区域；
第一超导材料薄膜31，所述第一超导材料薄膜31同时覆盖部分所述间隔区域及部分所述第一电极21；以及
第二超导材料薄膜32，所述第二超导材料薄膜32同时覆盖部分所述第一超导材料薄膜31、部分所述间隔区域及部分所述第二电极22。
所述第一超导材料薄膜31和所述第二超导材料薄膜32可以为同种或不同种材料。在一实施例中，所述第一超导材料薄膜31可以包括铜基氧化物高温超导材料。所述第二超导材料薄膜32可以包括铜基氧化物高温超导材料。所述铜基氧化物高温超导材料为层状结构。在所述铜基氧化物高温超导材料中，超导电性产生于CuO2层，而其余的原子层主要充当了电荷库的作用，这样可以利用所述其余的原子层作为天然的绝缘层，从而得到纵向的约瑟夫森结。
所述第一超导材料薄膜31可以包括但不限于Bi2Sr2CaCu2O8(Bi2212)、Bi2Sr2CuO6(Bi2201)、Bi2Sr2Ca2Cu3O10(Bi2223)及Bi2Sr2Ca3Cu4O12(Bi2234)中的至少一种，和/或所述第二超导材料薄膜32可以包括Bi2212、Bi2201、Bi2223及Bi2234中的至少一种。
所述第一超导材料薄膜31的厚度可以为1.5nm～100nm，所述第二超导材料薄膜32的厚度可以为1.5nm～100nm。
所述衬底10可包括但不限于二氧化硅/硅(SiO2/Si)、砷化镓、玻璃、氧化镁及钛酸锶(中的至少一种。
在一实施例中，所述第一电极21和/或所述第二电极22为双层结构。具体的，所述第一电极21可以为沿背离所述衬底10表面的方向依次叠加设置的钛层和金层，和/或所述第二电极22为沿背离所述衬底10表面的方向依次叠加设置的钛层和金层。由于金的导电性更好，钛与衬底10的黏附性更好，设置为双层结构提高了所述第一电极21、第二电极22的导电性和结构牢固性。
请参阅图4，在一实施例中，所述第一电极21有多个，所述多个第一电极21沿与所述第一电极21和所述第二电极22相对的方向垂直的方向并列设置，所述第二电极22有多个，所述多个第二电极22沿所与所述第一电极21和所述第二电极22相对的方向垂直的方向并列设置。优选的，所述多个第一电极21与所述多个第二电极22对称设置。
实施例1
制备电极：
准备衬底10：切割4mm×4mm的SiO2/Si衬底10，并依次在丙酮、异丙醇中超声清洗衬底10min，从而得到干净的衬底10表面。
形成图案化的光刻胶层54：
在干净的SiO2/Si衬底10上旋涂PMMA胶(旋涂转速4kr/min，旋涂时间1min，旋涂厚度约200nm)，在热板上用180℃烘烤衬底10上旋涂的PMMA胶2min。之后通过电子束轰击PMMA胶，曝光形成2mm×2mm的电极图案区，之后用显影液(体积比为甲基异丙酮:吲哚丙酸＝1:3)显影1min，用定影液(异丙醇定影1min，通过显影和定影，将被电子束轰击区域的电极图案区的PMMA胶去除，形成图案化的光刻胶层50。制备过程的流程图请参阅图2。
热蒸镀法镀电极：
将定影完的覆盖有图案化的光刻胶层54的衬底10放入热蒸发系统中进行镀膜，先镀钛(Ti)5nm，后镀金(Au)40nm，形成电极层20。
去胶：
将镀完电极层20的衬底10放入丙酮中浸泡三个小时以上，之后用滴管将电极层20表面的金属膜吹落，再用异丙醇清洗，完成电极的制备。请参阅图5，整体电极分为对称的两部分，两边分别有6个第一电极21和6个第二电极22，分别作为第一超导材料薄膜31和第二超导材料薄膜32的独立电极。
刻蚀：
在转移第一超导材料薄膜31和第二超导材料薄膜32之前对衬底10进行了氧等离子体轰击，时间为30s，从而得到更干净的衬底10表面，可以更容易地进行第一超导材料薄膜31和第二超导材料薄膜32的贴合。
转移超导材料薄膜：
为了更好的保护样品，转移样品步骤在手套箱中完成。
解理超导材料薄膜：
首先使用3M胶带反复粘贴Bi2212单晶样品，从而可以得到非常薄的Bi2212薄膜，所述Bi2212薄膜作为第一超导材料薄膜31和第二超导材料薄膜32；
转移第一超导材料薄膜31：
剪切好几毫米长宽的PDMS膜作为转移介质40，将PDMS膜粘贴在转移架62上，将胶带上解理好的第一片Bi2212薄膜粘贴在PDMS膜上，并在光学显微镜下观察是否有符合需求的Bi2212薄膜样品，如果有，将转移架62固定到转移架62上。将衬底10和电极形成的第一层叠结构放置在移动台64上。通过在显微镜下观察Bi2212薄膜样品和第一电极21的相对位置，控制转移台64的位置，将Bi2212薄膜放置在衬底10相应的间隔区域的一半和第一电极21之间的位置，然后缓慢升移动台64，直到将Bi2212薄膜与第一电极21紧紧贴合，后缓慢降低移动台64，使Bi2212薄膜与PDMS膜脱离。
转移第二超导材料薄膜32：
重新进行转移第一超导材料薄膜31步骤的操作，将第二片Bi2212薄膜贴合在第一片Bi2212薄膜的上面，并与第一片Bi2212薄膜有一定的重合部分。当两个Bi2212薄膜贴合在一起之后，就初步完成了约瑟夫森结器件的制备。制备好的约瑟夫森结器件样品请参阅图6。
退火：
采用了高温退火的方法，对第一超导材料薄膜31和第二超导材料薄膜32重叠区域进行540℃退火。使重叠区域原子能够充分弛豫，形成高质量的约瑟夫森结。测量得到的约瑟夫森结的电流电压(IV)曲线请参阅图7所示。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (14)
1.一种约瑟夫森结器件的制备方法，包括：
提供衬底；
在所述衬底表面形成间隔设置的第一电极和第二电极，在所述衬底表面形成间隔区域；
分别提供第一超导材料薄膜和第二超导材料薄膜，所述第一超导材料薄膜和所述第二超导材料薄膜为层状超导材料，所述层状超导材料包括绝缘层和超导层；
将所述第一超导材料薄膜转移至所述衬底表面，使所述第一超导材料薄膜同时覆盖部分所述间隔区域及部分所述第一电极；以及
将所述第二超导材料薄膜转移至所述衬底表面，使所述第二超导材料薄膜同时覆盖部分所述第一超导材料薄膜、部分所述间隔区域及部分所述第二电极；
对所述第一超导材料薄膜和所述第二超导材料薄膜的重叠部分进行退火，所述退火温度为500℃～600℃，所述退火时间为5分钟～30分钟。
2.根据权利要求1所述的约瑟夫森结器件的制备方法，其特征在于，所述分别提供第一超导材料薄膜和第二超导材料薄膜的步骤包括：
分别提供第一超导材料的单晶样品和第二超导材料的单晶样品；
分别用胶带粘贴所述第一超导材料的单晶样品和第二超导材料的单晶样品，使所述第一超导材料和所述第二超导材料解理到所述胶带上；
提供转移介质；以及
用负载有所述第一超导材料或所述第二超导材料的胶带粘贴所述转移介质，使所述第一超导材料薄膜或所述第二超导材料薄膜负载在所述转移介质上。
3.根据权利要求2所述的约瑟夫森结器件的制备方法，其特征在于，所述将所述第一超导材料薄膜转移至所述衬底表面的步骤包括：
将所述第一电极、所述第二电极和所述衬底形成的第一层叠结构向靠近所述转移介质的方向移动，使所述第一超导材料薄膜与所述第一电极及所述间隔区域贴合；以及
将所述第一层叠结构向远离所述转移介质的方向移动，使所述转移介质和所述第一超导材料薄膜分离。
4.根据权利要求3所述的约瑟夫森结器件的制备方法，其特征在于，还包括：在贴合所述第一层叠结构之前，调整所述第一层叠结构的位置，使所述转移介质的负载有所述第一超导材料薄膜的表面与所述衬底表面相对设置，并且所述第一超导材料薄膜在所述衬底表面的投影区域限定在所述间隔区域和所述第一电极上。
5.根据权利要求2所述的约瑟夫森结器件的制备方法，其特征在于，所述将所述第二超导材料薄膜转移至所述衬底表面的步骤包括：
将所述第一超导材料薄膜、所述第一电极、所述第二电极和所述衬底形成的第二层叠结构向靠近所述转移介质的方向移动，使所述第二超导材料薄膜与所述第一超导材料薄膜、所述间隔区域及所述第二电极贴合；以及
将所述第二层叠结构向远离所述转移介质的方向移动，使所述转移介质和所述第二超导材料薄膜分离。
6.根据权利要求5所述的约瑟夫森结器件的制备方法，其特征在于，还包括：在贴合所述第二层叠结构之前，调整所述第二层叠结构的位置，使所述转移介质的负载有所述第二超导材料薄膜的表面与所述衬底表面相对设置，并且所述第二超导材料薄膜在所述衬底表面的投影区域限定在所述间隔区域和所述第二电极上。
7.根据权利要求2-6任一项所述的约瑟夫森结器件的制备方法，其特征在于，所述转移介质的材料包括聚二甲基硅氧烷和聚碳酸亚丙酯中的一种或多种。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的约瑟夫森结器件的制备方法制备的约瑟夫森结器件，其特征在于，包括依次叠加设置的：
衬底；
间隔设置在所述衬底表面的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极在所述衬底表面形成间隔区域；
第一超导材料薄膜，所述第一超导材料薄膜同时覆盖部分所述间隔区域及部分所述第一电极；以及
第二超导材料薄膜，所述第二超导材料薄膜同时覆盖部分所述第一超导材料薄膜、部分所述间隔区域及部分所述第二电极。
9.根据权利要求8所述的约瑟夫森结器件，其特征在于，所述第一超导材料薄膜包括铜基氧化物高温超导材料，和/或所述第二超导材料薄膜包括铜基氧化物高温超导材料。
10.根据权利要求8所述的约瑟夫森结器件，其特征在于，所述第一超导材料薄膜包括Bi2212、Bi2201、Bi2223及Bi2234中的至少一种，和/或所述第二超导材料薄膜包括Bi2212、Bi2201、Bi2223及Bi2234中的至少一种。
11.根据权利要求8所述的约瑟夫森结器件，其特征在于，所述第一超导材料薄膜的厚度为1.5nm～100nm，所述第二超导材料薄膜的厚度为1.5nm～100nm。
12.根据权利要求8所述的约瑟夫森结器件，其特征在于，所述衬底为二氧化硅/硅、砷化镓、玻璃、氧化镁及钛酸锶中的至少一种。
13.根据权利要求8所述的约瑟夫森结器件，其特征在于，所述第一电极为沿背离所述衬底表面的方向依次叠加设置的钛层和金层，和/或所述第二电极为沿背离所述衬底表面的方向依次叠加设置的钛层和金层。
14.根据权利要求8所述的约瑟夫森结器件，其特征在于，所述第一电极有多个，所述多个第一电极沿与所述第一电极和所述第二电极相对的方向垂直的方向并列设置，所述第二电极有多个，所述多个第二电极沿与所述第一电极和所述第二电极相对的方向垂直的方向并列设置。
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