CN111933349B - 低温超导薄膜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低温超导薄膜，包括：n层电隔离层及n+1层超导材料层，所述超导材料层与所述电隔离层依次交替叠置；通过改变各超导材料层的厚度调整所述低温超导薄膜的超导转变温度，所述低温超导薄膜的总厚度在相干长度比拟范围内；其中，各超导材料层的材料相同，具有两层以上电隔离层时各电隔离层的材料相同，n为大于等于1的自然数。本发明的低温超导薄膜基于多层超薄的超导材料层及电隔离层调控低温超导薄膜的转变温度，通过调整单层超导材料层的厚度得到不同转变温度的超导材料，调控精度高、操作简单；本发明的低温超导薄膜的超导转变温度原则上与单层超导薄膜的转变温度一致，从而远小于体超导或较厚超导薄膜的转变温度。

Description

低温超导薄膜
技术领域
本发明涉及光探测技术领域，特别是涉及一种低温超导薄膜。
背景技术
超导是指某些物体当温度下降至一定温度时，电阻突然趋近于零的现象，具有这种特性的材料称为超导材料。低温超导材料是指有低临界转变温度(Tc<30K)，在液氦温度条件下工作的超导材料。
调控低温超导转变温度对研制超导电子和传感器件具有重要意义。现有低温超导薄膜为的单层膜结构，针对不同应用需求，研究人员可以使用不同的超导材料得到不同超导转变温度；或者利用临近效应在超导薄膜材料上制备一层金属膜，改变超导转变温度；还可以通过改变超导薄膜沉积条件，调整薄膜超导化学配比的办法，改变转变温度。
上述方法对超导转变温度的调节精度低，工艺复杂，因此，如何提出一种高精度且工艺简单的改变超导转变温度的方法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低温超导薄膜，用于精确调节超导薄膜的超导转变温度，简化工艺步骤。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种低温超导薄膜，所述低温超导薄膜至少包括：
n层电隔离层及n+1层超导材料层，所述超导材料层与所述电隔离层依次交替叠置；
通过改变各超导材料层的厚度调整所述低温超导薄膜的超导转变温度，所述低温超导薄膜的总厚度在相干长度比拟范围内；
其中，各超导材料层的材料相同，具有两层以上电隔离层时各电隔离层的材料相同，n为大于等于1的自然数。
可选地，各超导材料层的材料为低温超导材料。
更可选地，所述低温超导材料包括NbN、Nb、NbSi、WSi、TaN、MoSi或NbTiN。
可选地，各超导材料层的厚度设定为1nm-10nm。
可选地，所述电隔离层的材料为绝缘材料。
更可选地，所述绝缘材料包括SiO、Si、SiO2、或AlN。
可选地，电隔离层的厚度设定为1nm-5nm。
如上所述，本发明的低温超导薄膜，具有以下有益效果：
1、本发明的低温超导薄膜基于多层超薄的超导材料层及电隔离层调控低温超导薄膜的转变温度，通过调整单层超导材料层的厚度得到不同转变温度的超导材料，调控精度高、操作简单。
2、本发明的低温超导薄膜的超导转变温度原则上与单层超导薄膜的转变温度一致，从而远小于体超导或较厚超导薄膜的转变温度。
附图说明
图1显示为本发明的低温超导薄膜的结构示意图。
图2显示为单层超导材料层的超导转变温度与材料层厚度之间的关系示意图。
图3显示为本发明的低温超导薄膜的温度与电阻之间的关系示意图。
元件标号说明
1 低温超导薄膜
11 超导材料层
12 电隔离层
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3。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。
如图1所示，本发明提供一种低温超导薄膜1，所述低温超导薄膜1包括：
n层电隔离层12及n+1层超导材料层11，所述超导材料层11与所述电隔离层12依次交替叠置；通过改变各超导材料层11的厚度调整所述低温超导薄膜1的超导转变温度，所述低温超导薄膜1的总厚度在相干长度比拟范围内；其中，各超导材料层11的材料相同，具有两层以上电隔离层12时各电隔离层12的材料相同，n为大于等于1的自然数。
如图1所示，作为示例，所述低温超导薄膜1包括六层超导材料层11及五层电隔离层12，从下至上依次以一层超导材料层11、一层电隔离层12、一层超导材料层11、一层电隔离层12、一层超导材料层11、一层电隔离层12、一层超导材料层11、一层电隔离层12、一层超导材料层11、一层电隔离层12、一层超导材料层11的方式叠置，形成叠层结构。
需要说明的是，本实施例仅以六层超导材料层11与五层电隔离层12的结构作为示例，在实际使用中，所述超导材料层11的数量至少为两层，相应地，所述电隔离层12的数量至少为一层，可基于实际需要进行设置，不以本实施例列举的示例为限。
如图1所示，在本实施例中，各超导材料层11的材料为低温超导材料，包括但不限于NbN，Nb，NbSi，WSi，TaN，MoSi或NbTiN，在此不一一列举。
如图1所示，在本实施例中，各超导材料层11的厚度设定为1nm-10nm，可基于对超导转变温度的需求设置各超导材料层11的厚度；可选地，各超导材料层11的厚度可均相同，也可部分相同，或者各超导材料层11的厚度均不相同，在此不一一赘述。
如图1所示，在本实施例中，各电隔离层12的材料为绝缘材料，包括但不限于SiO，Si，SiO2或AlN，在此不一一列举。
如图1所示，在本实施例中，各电隔离层12的厚度设定为1nm-5nm，作为示例，设定为2nm、3nm、3.5nm或4nm。
如图1所示，所述低温超导薄膜1的总厚度在相干长度比拟范围内，在本实施例中，所述低温超导薄膜1的总厚度小于100个相干长度，作为示例，可设置为80个相干长度、50个相干长度、30个相干长度、10个相干长度或5个相干长度，在此不一一列举。
如图2所示为SiO2或Si衬底上NbN单层超导材料层的超导转变温度与材料层厚度之间的关系，由图2可知，单层超导材料层的超导转变温度Tc随厚度递增，最终当厚度远大于相干长度(相干长度不可比拟的范围)时趋于饱和。
如图3所示为两层超导材料层11(每层约6.5nm)与一层电隔离层12堆叠后测得的超导转变温度Tc＝7.8K，其结果与单层6.5nm的超导薄膜的转变温度一致，因此，本发明的低温超导薄膜1的超导转变温度远小于体超导或较厚超导薄膜的转变温度，对研制超导电子和传感器件具有重要意义。
本发明通过改变叠层结构中的任意一层或多层的厚度即可实现对超导转变温度的调整，灵活性大，调控精度高、操作简单。
综上所述，本发明提供一种低温超导薄膜，包括：n层电隔离层及n+1层超导材料层，所述超导材料层与所述电隔离层依次交替叠置；通过改变各超导材料层的厚度调整所述低温超导薄膜的超导转变温度，所述低温超导薄膜的总厚度在相干长度比拟范围内；其中，各超导材料层的材料相同，具有两层以上电隔离层时各电隔离层的材料相同，n为大于等于1的自然数。本发明的低温超导薄膜基于多层超薄的超导材料层及电隔离层调控低温超导薄膜的转变温度，通过调整单层超导材料层的厚度得到不同转变温度的超导材料，调控精度高、操作简单；本发明的低温超导薄膜的超导转变温度原则上与单层超导薄膜的转变温度一致，从而远小于体超导或较厚超导薄膜的转变温度。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 (5)

1.一种低温超导薄膜，其特征在于，所述低温超导薄膜至少包括：
n层电隔离层及n+1层超导材料层，所述超导材料层与所述电隔离层依次交替叠置；
通过改变各超导材料层的厚度调整所述低温超导薄膜的超导转变温度，所述低温超导薄膜的总厚度在相干长度比拟范围内；
其中，各超导材料层的材料为低温超导材料，所述电隔离层的材料为绝缘材料，各超导材料层的材料相同，具有两层以上电隔离层时各电隔离层的材料相同，n为大于等于1的自然数。
2.根据权利要求1所述的低温超导薄膜，其特征在于：所述低温超导材料包括NbN、Nb、NbSi、WSi、TaN、MoSi或NbTiN。
3.根据权利要求1所述的低温超导薄膜，其特征在于：各超导材料层的厚度设定为1nm-10nm。
4.根据权利要求1所述的低温超导薄膜，其特征在于：所述绝缘材料包括SiO、Si、SiO2、或AlN。
5.根据权利要求1所述的低温超导薄膜，其特征在于：电隔离层的厚度设定为1nm-5nm。
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