CN114122248A - 用于超导量子比特的金属薄膜及其变功率制备方法 - Google Patents
用于超导量子比特的金属薄膜及其变功率制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114122248A CN114122248A CN202111394827.1A CN202111394827A CN114122248A CN 114122248 A CN114122248 A CN 114122248A CN 202111394827 A CN202111394827 A CN 202111394827A CN 114122248 A CN114122248 A CN 114122248A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- substrate
- power
- metal film
- superconducting
- electron beam
- 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.)
- Granted
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 81
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 122
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 82
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 40
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 34
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 19
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 17
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 15
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 13
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 5
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 4
- 238000001459 lithography Methods 0.000 claims description 4
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 239000013077 target material Substances 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 23
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 17
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 13
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 5
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000643 oven drying Methods 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 208000034478 junctional 4 intermediate epidermolysis bullosa Diseases 0.000 description 1
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
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
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0912—Manufacture or treatment of Josephson-effect devices
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于超导量子比特的金属薄膜及其变功率制备方法，包括：对基片进行清洗；在清洗后的基片上进行电子束蒸发，形成超导金属薄膜；电子束蒸发包括第一功率蒸发和第二功率蒸发；电子束蒸发设备在第一功率蒸发的第一设定功率小于第二功率蒸发的第二设定功率；对蒸发有超导金属薄膜的基片进行激光直写光刻；对光刻后的基片上的超导金属薄膜进行刻蚀，暴露出基片上用于制备超导量子比特的约瑟夫森结结构的基底区域。本方法通过预先用小功率生长小厚度的超导金属薄膜，减少了对基片的损害，而后再用大功率完成超导金属薄膜的生长，既保证了薄膜生长的质量与效率，又减小了对基片的损害，降低了粗糙度，有效提升超导量子比特的能量弛豫时间。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜微加工技术领域，尤其涉及一种用于超导量子比特的金属薄膜及其变功率制备方法。
背景技术
随着2019年谷歌成功实现了“量子优势”，超导量子计算的研究正引起人们更加广泛的关注。超导量子比特是拥有量子化能级、量子态叠加和量子态纠缠等量子力学特性的宏观器件，目前被广泛应用于量子物理、原子物理、量子光学、量子化学、量子模拟和量子计算等诸多领域中。由于以超导量子比特为基本单元的超导量子计算，有全固态、易扩展、与现有操控技术兼容性好的特点，是诸多量子计算的方案中最有希望实现大规模普适量子计算的方案之一。
超导量子比特的制备工艺中关键的一步是超导金属薄膜的制备，通常是在高阻硅基片上通过电子束蒸发的方法制备50-150纳米厚的超导金属薄膜(目前主流材料为Al)。此后通过光刻、刻蚀等步骤在超导金属薄膜上制备超导电路，进而在去掉超导金属薄膜露出硅基片底的区域制备约瑟夫森结，完成超导量子比特。由于超导量子比特的核心区域是约瑟夫森结，超导量子比特的性能，甚至是否可以工作，主要取决于所制备约瑟夫森结的优劣。
约瑟夫森结由两个超导薄膜中间夹一层1-2纳米左右的绝缘层组成，由于约瑟夫森结需要制备在通过刻蚀去除在先生长的超导金属薄膜的硅基片上，硅基片的平整度将会影响制备约瑟夫森结的质量。考虑到约瑟夫森结在工作时是绝缘层只有1-2纳米厚的量子器件，在刻蚀之后暴露出的硅基片的微小起伏都会影响约瑟夫森结的性能。
目前的工艺方法是通过电子束蒸发在硅基片上以同一种生长功率一次性生长50-150纳米厚超导金属薄膜，经过湿法刻蚀后将欲生长约瑟夫森结的位置的超导金属薄膜去掉暴露出硅基底。通常情况下，经过现有工艺处理后，粗糙度增加约40％左右，与原始硅基片相比较大，影响后续制备约瑟夫森结的质量，进而影响超导量子比特的性能。
而如果可以发明一个方法，保证硅基片在生长超导金属薄膜再经过刻蚀去掉一部分超导金属薄膜暴露出硅基片时，硅基片表面的粗糙度变化与原始硅基片相比较小，将会对超导量子比特的性能有一定好处。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种用于超导量子比特的金属薄膜及其变功率制备方法，通过变功率制备超导金属薄膜，采用小功率预生长薄超导金属薄膜后再进行大功率生长目标超导金属薄膜，有效的减少了现有技术直接采用大功率金属薄膜生长对基片的损害，降低了粗糙度，有效提升超导量子比特的能量弛豫时间。
有鉴于此，在第一方面，本发明实施例提供了一种变功率制备用于超导量子比特的金属薄膜的方法，所述制备方法包括：
对基片进行清洗；
在清洗后的基片上进行电子束蒸发，形成超导金属薄膜；所述电子束蒸发包括第一功率蒸发和第二功率蒸发两个过程；其中，电子束蒸发设备在所述第一功率蒸发的第一设定功率小于所述第二功率蒸发的第二设定功率；
对蒸发有超导金属薄膜的基片进行激光直写光刻；
对所述光刻后的基片上的超导金属薄膜进行刻蚀，暴露出基片上用于制备超导量子比特的约瑟夫森结结构的基底区域。
优选的，所述基片为200μm-800μm厚的硅片；
所述超导金属薄膜为Al膜。
优选的，所述第一设定功率为所述第二设定功率的1/5-1/20。
优选的,所述第一设定功率为所述第二设定功率的1/10。
优选的，所述清洗具体包括：
先将所述基片浸泡在分析纯级的丙酮中进行超声波清洗；
然后将所述基片浸泡在分析纯级的异丙醇中进行超声波清洗；
再将所述基片浸泡在分析纯级的N-甲基吡咯烷酮中进行超声波清洗；
之后将所述基片浸泡在去离子水中进行超声波清洗；
最后将所述基片甩干，得到所述清洗后的基片。
优选的，所述电子束蒸发具体包括：
将所述清洗后的基片放入电子束蒸发设备；
在用以形成超导金属薄膜的靶材加温至设定温度且所述电子束蒸发设备的真空室达到设定真空度后，将电子束蒸发设备的电子枪电流和电压调整到所述第一功率蒸发的第一设定电流和第一设定电压；
在所述第一设定电流和第一设定电压条件下，打开电子束蒸发设备的挡板，按照第一设定时间进行第一功率蒸发，形成第一厚度的超导金属薄膜；
关闭电子束蒸发设备的挡板，将电子束蒸发设备的电子枪电流和电压调整到所述第一功率蒸发的第二设定电流和第二设定电压；
在所述第二设定电流和第二设定电压条件下，打开电子束蒸发设备的挡板，按照第二设定时间进行第二功率蒸发，形成第二厚度的超导金属薄膜；
其中，所述第二设定时间长于所述第一设定时间，所述第二厚度为所述第一厚度的5-100倍。
优选的，所述激光直写光刻包括：
先将所述蒸发有超导金属薄膜的基片浸泡在分析纯级的丙酮中进行超声波清洗；
然后将所述蒸发有超导金属薄膜的基片浸泡在分析纯级的异丙醇中进行超声波清洗；
再将所述蒸发有超导金属薄膜的基片浸泡在去离子水中进行超声波清洗；
将所述蒸发有超导金属薄膜的基片甩干后，涂布光刻胶；
将涂布光刻胶后的基片在激光直写光刻机上进行激光直写光刻；
最后再进行显影、定影，得到具有对应约瑟夫森结的线宽的光刻图形。
优选的，所述对所述光刻后的基片上的超导金属薄膜进行刻蚀包括：
将所述光刻后的基片放入刻蚀溶液按照设定时间进行湿法刻蚀；
在到达所述设定时间后，将刻蚀后的基片放入去离子水中进行冲洗；
将冲洗后的基片进行干法去胶；
再将所述干法去胶后的基片浸泡在分析纯级的丙酮中进行超声波清洗，然后再浸泡在分析纯级的乙醇中进行超声波清洗；
之后将去除残胶的基片浸泡在去离子水中进行超声波清洗，并甩干。
优选的，制备得到的被暴露出的基片上用于制备超导量子比特的约瑟夫森结结构的基底区域的粗糙度比原始基片的粗糙度的增加量不超过25％。
第二方面，本发明实施例提供了一种上述第一方面所述的制备方法制备得到的用于超导量子比特的金属薄膜。
本发明实施例提供的用于超导量子比特的金属薄膜的变功率制备方法，在超导金属薄膜的制备过程中，先采用小功率预生长薄超导金属薄膜后再进行大功率生长目标超导金属薄膜，有效的减少了现有技术直接采用大功率金属薄膜生长对基片的损害，降低了粗糙度，有效提升超导量子比特的能量弛豫时间。
附图说明
下面通过附图和实施例，对本发明实施例的技术方案做进一步详细描述。
图1为本发明实施例制备用于超导量子比特的金属薄膜的制备方法流程图；
图2为本发明实施例制备过程中各步骤对应的产品结构示意图；
图3为在实施例1的基础上制备的超导量子比特约瑟夫森结的透射电子显微镜(TEM)图；
图4为白光干涉轮廓仪测得本发明实施例1所用基片的表面形貌的3D图(测量区域面积为2mm×1mm)；
图5为白光干涉轮廓仪测得本发明实施例1刻蚀区域露出的基底区域的表面形貌的3D图(测量区域面积为2mm×1mm)；
图6为白光干涉轮廓仪测得本发明对比例1刻蚀区域露出的基底区域的表面形貌的3D图(测量区域面积为2mm×1mm)；
图7为实施例1制备的超导量子比特的能量弛豫时间进行测量结果拟合曲线；
图8为对比例1制备的超导量子比特的能量弛豫时间进行测量结果拟合曲线。
具体实施方式
下面通过附图和具体的实施例，对本发明进行进一步的说明，但应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本发明，即并不意于限制本发明的保护范围。
本发明实施例提供了一种变功率制备用于超导量子比特的金属薄膜的方法，主要步骤如图1所示。图2为本发明制备过程中各步骤对应的产品结构示意图。需要说明的是，图2旨在反映工艺过程中产品结构的变化过程，并没有严格按照各层材料之间的比例进行绘制。各层材料之间的尺寸比例关系不以图2进行限定。
结合图1、图2所示，本发明的实现步骤主要包括：
步骤110，对基片进行清洗；
具体的，基片优选为200μm-800μm厚的高阻硅片；厚度优选为300-600μm，更优选为400μm。通常选用的高阻硅片，电阻率大于5000Ω·cm。
清洗过程具体可以包括：先将基片浸泡在分析纯级的丙酮中进行超声波清洗；然后将基片浸泡在分析纯级的异丙醇中进行超声波清洗；再将基片浸泡在分析纯级的N-甲基吡咯烷酮中进行超声波清洗；之后将基片浸泡在去离子水中进行超声波清洗；最后将基片甩干，得到清洗后的基片。
步骤120，在清洗后的基片上进行电子束蒸发，形成超导金属薄膜；电子束蒸发包括第一功率蒸发和第二功率蒸发两个过程；
其中，电子束蒸发设备在第一功率蒸发的第一设定功率小于第二功率蒸发的第二设定功率。在优选的方案中，第一设定功率为第二设定功率的1/5-1/20。
在本例的实际实施过程中，将第一设定功率为第二设定功率的1/10。且超导金属薄膜采用Al膜。
电子束蒸发的具体过程可以包括：将清洗后的基片放入电子束蒸发设备；在用以形成超导金属薄膜的靶材加温至设定温度且电子束蒸发设备的真空室达到设定真空度后，将电子束蒸发设备的电子枪电流和电压调整到第一功率蒸发的第一设定电流和第一设定电压；在第一设定电流和第一设定电压条件下，打开电子束蒸发设备的挡板，按照第一设定时间进行第一功率蒸发，形成第一厚度的超导金属薄膜；关闭电子束蒸发设备的挡板，将电子束蒸发设备的电子枪电流和电压调整到第一功率蒸发的第二设定电流和第二设定电压；在第二设定电流和第二设定电压条件下，打开电子束蒸发设备的挡板，按照第二设定时间进行第二功率蒸发，形成第二厚度的超导金属薄膜；其中，第二设定时间长于第一设定时间，第二厚度为第一厚度的5-100倍。
步骤130，对蒸发有超导金属薄膜的基片进行激光直写光刻；
具体的，激光直写光刻包括：先将蒸发有超导金属薄膜的基片浸泡在分析纯级的丙酮中进行超声波清洗；然后将蒸发有超导金属薄膜的基片浸泡在分析纯级的异丙醇中进行超声波清洗；再将蒸发有超导金属薄膜的基片浸泡在去离子水中进行超声波清洗；将蒸发有超导金属薄膜的基片甩干后，涂布光刻胶；将涂布光刻胶后的基片在激光直写光刻机上进行激光直写光刻；最后再进行显影、定影，得到具有对应约瑟夫森结的线宽的光刻图形。
步骤140，对光刻后的基片上的超导金属薄膜进行刻蚀，暴露出基片上用于制备超导量子比特的约瑟夫森结结构的基底区域。
具体的，刻蚀过程可以包括：
将光刻后的基片放入刻蚀溶液按照设定时间进行湿法刻蚀；在到达设定时间后，将刻蚀后的基片放入去离子水中进行冲洗；将冲洗后的基片进行干法去胶；再将干法去胶后的基片浸泡在分析纯级的丙酮中进行超声波清洗，然后再浸泡在分析纯级的乙醇中进行超声波清洗；之后将去除残胶的基片浸泡在去离子水中进行超声波清洗，并甩干。
经多次验证，本发明通过上述方法制备得到的制备得到的被暴露出的基片上用于制备超导量子比特的约瑟夫森结结构的基底区域的粗糙度比原始基片的粗糙度的增加量不超过25％，明显优于现有技术直接采用大功率生长超导金属薄膜再刻蚀的制备方式获得的基底区域的粗糙度。
本发明实施例提供的用于超导量子比特的金属薄膜的变功率制备方法，在超导金属薄膜的制备过程中，先采用小功率预生长薄超导金属薄膜后再进行大功率生长目标超导金属薄膜，有效的减少了现有技术直接采用大功率金属薄膜生长对基片的损害，降低了粗糙度，有效提升超导量子比特的能量弛豫时间。
为了更好的理解本发明的技术方案，以一个实际实现本发明的具体过程为例进行说明，并结合测试数据和测试图，说明该方法的优异性。
实施例1
步骤1对基片进行清洗：
本例选用400微米厚的高阻硅基片，按照如下流程顺序进行清洗处理。
1.以分析纯丙酮浸泡，50W超声波清洗10min；
2.以分析纯异丙醇浸泡，50W超声波清洗10min；
3.以分析纯N-甲基吡咯烷酮浸泡，80W超声波清洗5min；
4.以去离子水浸泡，80W超声波清洗10min；
5.5000rpm高速甩干，50℃温度下烘干5min；
6.氮气吹淋1min。
步骤2电子束蒸发Al薄膜：
设备选用JEB4多腔体电子束蒸发系统
1.高阻硅基片进样后抽真空使预真空室真空至10-6Pa以下；
2.200℃加热待镀硅基片180min；
3.待主真空室真空至10-7Pa以下，开中间闸板阀，利用磁控杆进样至蒸发室，关中间闸板阀；
4.将主真空闸板阀关闭；
5.调电子枪电流至20mA，电压10KV；
6.移开挡板，同时开始计时生长Al膜，生长速率0.1nm/S，设定时间40S，生长膜厚4nm；
7.关闭挡板，调电子枪电流至200mA，电压10KV；
8.移开挡板，同时开始计时生长Al膜，生长速率1nm/S，设定时间100S，生长膜厚100nm。
9.计时结束后，关闭电子枪，打开中间闸板阀，将样品返回进样室，通入氮气至大气压从进样室内出样。
步骤3激光直写光刻：
设备选用DWL66+系统
1.先用分析纯丙酮浸泡步骤2得到的样品，50W超声波清洗5min；
2.再用分析纯异丙醇浸泡，50W超声波清洗5min；
3.用去离子水浸泡，80W超声波清洗5min；
4.5000rpm高速甩干，50℃温度下烘干5min；
5.氮气吹淋1min；
6.涂胶S1813，转速4000r/min,115℃后烘2min，形成1200nm～1400nm厚的胶层；
7.在DWL66+系统上进行激光直写光刻；
8.在25℃的环境下利用ZX-238显影液进行显影40秒；
9.在去离子水中进行定影30秒。
步骤4超导金属薄膜Al刻蚀：
1.在25℃的环境下将显影定影后的样品放入ZX-238显影液中进行刻蚀，时间为4min；
2.将刻蚀完毕后将样品放入去离子水中去除残存的ZX-238，以防止过刻蚀；
3.将样品送多普勒离子去胶机去胶；
4.去胶后，以分析纯丙酮浸泡，20W超声波清洗5min；
5.再以分析纯乙醇浸泡，20W超声波清洗5min；
6.最后去离子水浸泡，20W超声波清洗5min；
7.5000rpm高速甩干后，N2吹扫，置于洁净容器之中。
本发明还制备用于对比的对比样品，作为对比例1。制备过程与实施例1的区别在于，对比例1没有步骤2中的5.调电子枪电流至20mA，电压10KV；6.移开挡板，同时开始计时生长Al膜，生长速率0.1nm/S，设定时间40S，生长膜厚4nm这两个步骤。
利用白光干涉轮廓仪对基片、实施例1和对比例1的刻蚀后裸露部位表面粗糙度进行测试，图4为白光干涉轮廓仪测得本发明实施例1所用基片在测试位置1的表面形貌的3D图；图5为白光干涉轮廓仪测得本发明实施例1在测试位置1的刻蚀区域露出的基底区域表面的形貌的3D图；图6为白光干涉轮廓仪测得本发明对比例1在测试位置1的刻蚀区域露出的基底区域表面形貌的3D图；测量区域面积均为2mm×1mm。测试得到如下结果：
基片：
测试位置1粗糙度：3.23nm(测量区域面积为2mm×1mm)；
测试位置2粗糙度：3.17nm(测量区域面积为2mm×1mm)；
测试位置3粗糙度：2.87nm(测量区域面积为2mm×1mm)；
测试位置4粗糙度：2.84nm(测量区域面积为2mm×1mm)；
测试位置5粗糙度：2.83nm(测量区域面积为2mm×1mm)；
平均粗糙度2.99nm。
实施例1：
测试位置1粗糙度：3.62nm(测量区域面积为2mm×1mm)
测试位置2粗糙度：3.84nm(测量区域面积为2mm×1mm)
测试位置3粗糙度：3.75nm(测量区域面积为2mm×1mm)
测试位置4粗糙度：3.61nm(测量区域面积为2mm×1mm)
测试位置5粗糙度：3.41nm(测量区域面积为2mm×1mm)
平均粗糙度3.65nm，与原始基片的测试结果相比，平均粗糙度增加21％。
对比例1：
测试位置1粗糙度：3.84nm(测量区域面积为2mm×1mm)
测试位置2粗糙度：4.42nm(测量区域面积为2mm×1mm)
测试位置3粗糙度：5.37nm(测量区域面积为2mm×1mm)
测试位置4粗糙度：3.89nm(测量区域面积为2mm×1mm)
测试位置5粗糙度：3.85nm(测量区域面积为2mm×1mm)
平均粗糙度4.27nm，与原始基片的测试结果相比，平均粗糙度增加42％。
从测量结果可见，本发明方法可以有效减少超导量子比特制备过程的现有工艺中对硅基片基底区域的损害，在本发明上述实施例和对比例的比较中，实施例1粗糙度的增量减小到对比例1的一半。
再经后续步骤，采用常规方法在实施例1和对比例1的基础上分别以同样方法制备形成超导量子比特，其中，约瑟夫森结结构如图3所示，并且，对实施例1和对比例1制备的超导量子比特的能量弛豫时间进行测量，测量结果分别如图7、图8所示。结果显示，实施例1的能量弛豫时间为24.2微秒，对比例1的能量弛豫时间为17.9微秒。
由此可见，本发明实施例提供的用于超导量子比特的金属薄膜的变功率制备方法，在超导金属薄膜的制备过程中，先采用小功率预生长薄超导金属薄膜后再进行大功率生长目标超导金属薄膜，有效的减少了现有技术直接采用大功率金属薄膜生长对基片的损害，降低了粗糙度，有效提升超导量子比特的能量弛豫时间。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于超导量子比特的金属薄膜的变功率制备方法，其特征在于，所述方法包括：
对基片进行清洗；
在清洗后的基片上进行电子束蒸发，形成超导金属薄膜；所述电子束蒸发包括第一功率蒸发和第二功率蒸发两个过程；其中，电子束蒸发设备在所述第一功率蒸发的第一设定功率小于所述第二功率蒸发的第二设定功率；
对蒸发有超导金属薄膜的基片进行激光直写光刻；
对所述光刻后的基片上的超导金属薄膜进行刻蚀，暴露出基片上用于制备超导量子比特的约瑟夫森结结构的基底区域。
2.根据权利要求1所述的变功率制备方法，其特征在于，所述基片为200μm-800μm厚的硅片；
所述超导金属薄膜为Al膜。
3.根据权利要求1所述的变功率制备方法，其特征在于，所述第一设定功率为所述第二设定功率的1/5-1/20。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于,所述第一设定功率为所述第二设定功率的1/10。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述清洗具体包括：
先将所述基片浸泡在分析纯级的丙酮中进行超声波清洗；
然后将所述基片浸泡在分析纯级的异丙醇中进行超声波清洗；
再将所述基片浸泡在分析纯级的N-甲基吡咯烷酮中进行超声波清洗；
之后将所述基片浸泡在去离子水中进行超声波清洗；
最后将所述基片甩干，得到所述清洗后的基片。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电子束蒸发具体包括：
将所述清洗后的基片放入电子束蒸发设备；
在用以形成超导金属薄膜的靶材加温至设定温度且所述电子束蒸发设备的真空室达到设定真空度后，将电子束蒸发设备的电子枪电流和电压调整到所述第一功率蒸发的第一设定电流和第一设定电压；
在所述第一设定电流和第一设定电压条件下，打开电子束蒸发设备的挡板，按照第一设定时间进行第一功率蒸发，形成第一厚度的超导金属薄膜；
关闭电子束蒸发设备的挡板，将电子束蒸发设备的电子枪电流和电压调整到所述第一功率蒸发的第二设定电流和第二设定电压；
在所述第二设定电流和第二设定电压条件下，打开电子束蒸发设备的挡板，按照第二设定时间进行第二功率蒸发，形成第二厚度的超导金属薄膜；
其中，所述第二设定时间长于所述第一设定时间，所述第二厚度为所述第一厚度的5-100倍。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述激光直写光刻包括：
先将所述蒸发有超导金属薄膜的基片浸泡在分析纯级的丙酮中进行超声波清洗；
然后将所述蒸发有超导金属薄膜的基片浸泡在分析纯级的异丙醇中进行超声波清洗；
再将所述蒸发有超导金属薄膜的基片浸泡在去离子水中进行超声波清洗；
将所述蒸发有超导金属薄膜的基片甩干后，涂布光刻胶；
将涂布光刻胶后的基片在激光直写光刻机上进行激光直写光刻；
最后再进行显影、定影，得到具有对应约瑟夫森结的线宽的光刻图形。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对所述光刻后的基片上的超导金属薄膜进行刻蚀包括：
将所述光刻后的基片放入刻蚀溶液按照设定时间进行湿法刻蚀；
在到达所述设定时间后，将刻蚀后的基片放入去离子水中进行冲洗；
将冲洗后的基片进行干法去胶；
再将所述干法去胶后的基片浸泡在分析纯级的丙酮中进行超声波清洗，然后再浸泡在分析纯级的乙醇中进行超声波清洗；
之后将去除残胶的基片浸泡在去离子水中进行超声波清洗，并甩干。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备得到的被暴露出的基片上用于制备超导量子比特的约瑟夫森结结构的基底区域的粗糙度比原始基片的粗糙度的增加量不超过25％。
10.一种上述权利要求1所述的制备方法制备得到的用于超导量子比特的金属薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111394827.1A CN114122248B (zh) | 2021-11-23 | 2021-11-23 | 用于超导量子比特的金属薄膜及其变功率制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111394827.1A CN114122248B (zh) | 2021-11-23 | 2021-11-23 | 用于超导量子比特的金属薄膜及其变功率制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114122248A true CN114122248A (zh) | 2022-03-01 |
| CN114122248B CN114122248B (zh) | 2024-07-26 |
Family
ID=80439902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111394827.1A Active CN114122248B (zh) | 2021-11-23 | 2021-11-23 | 用于超导量子比特的金属薄膜及其变功率制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114122248B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115161609A (zh) * | 2022-07-25 | 2022-10-11 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 半导体工艺设备和磁控溅射工艺 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0567815A (ja) * | 1991-07-05 | 1993-03-19 | Toshiba Corp | 超電導素子 |
| US20030186467A1 (en) * | 2002-03-26 | 2003-10-02 | International Superconductivity Technology Center, The Juridical Foundation | Josephson device and fabrication process thereof |
| CN103276365A (zh) * | 2013-05-22 | 2013-09-04 | 南京大学 | 一种利用缓冲层优化硅衬底上氮化铌薄膜超导性能的方法 |
| CN109273585A (zh) * | 2018-08-28 | 2019-01-25 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 薄膜沉积方法及约瑟夫森结制备方法 |
| US20190326502A1 (en) * | 2016-12-30 | 2019-10-24 | Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy | Superconductive junction, superconducting apparatus, method of manufacturing superconducting junction and control method of superconducting junction |
-
2021
- 2021-11-23 CN CN202111394827.1A patent/CN114122248B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0567815A (ja) * | 1991-07-05 | 1993-03-19 | Toshiba Corp | 超電導素子 |
| US20030186467A1 (en) * | 2002-03-26 | 2003-10-02 | International Superconductivity Technology Center, The Juridical Foundation | Josephson device and fabrication process thereof |
| CN103276365A (zh) * | 2013-05-22 | 2013-09-04 | 南京大学 | 一种利用缓冲层优化硅衬底上氮化铌薄膜超导性能的方法 |
| US20190326502A1 (en) * | 2016-12-30 | 2019-10-24 | Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy | Superconductive junction, superconducting apparatus, method of manufacturing superconducting junction and control method of superconducting junction |
| CN109273585A (zh) * | 2018-08-28 | 2019-01-25 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 薄膜沉积方法及约瑟夫森结制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张雪;张国峰;金华;刘晓宇;王镇;: "超导Nb薄膜的RIE刻蚀与表征", 低温物理学报, no. 04, 15 August 2016 (2016-08-15) * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115161609A (zh) * | 2022-07-25 | 2022-10-11 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 半导体工艺设备和磁控溅射工艺 |
| CN115161609B (zh) * | 2022-07-25 | 2023-09-12 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 半导体工艺设备和磁控溅射工艺 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114122248B (zh) | 2024-07-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110862088B (zh) | 一种超高深宽比的硅纳米针阵列的制备方法 | |
| CN114122248A (zh) | 用于超导量子比特的金属薄膜及其变功率制备方法 | |
| CN110646639A (zh) | 一种纳米测量仪器校准用标准样板及其制备方法 | |
| CN114628571A (zh) | 一种超导约瑟夫森结及其制备方法 | |
| CN107114006A (zh) | 完美吸收体的制造方法 | |
| CN113215574B (zh) | 一种用于蓝宝石基底镀铝膜的量子芯片的湿法刻蚀方法 | |
| CN107195773B (zh) | 空穴型半导体异质结霍尔棒、其制备和使用方法及用途 | |
| CN115207202A (zh) | 一种新型铌基约瑟夫森结的制备方法 | |
| CN114141941A (zh) | 一种超导阵列结构的制备方法 | |
| CN113049853A (zh) | 尺寸、倾斜角可控的超大高宽比倾斜afm探针针尖制备方法 | |
| CN110634958B (zh) | 一种不稳定的二维材料的半导体薄膜场效应管及其制备方法 | |
| CN109870769B (zh) | 一种干法蚀刻制备二氧化硅光学微盘腔的方法 | |
| CN112582529A (zh) | 铌基平面多超导量子比特及其制备方法和应用 | |
| CN114122249A (zh) | 超导量子比特及其辅助器件多层膜的制备方法及产品 | |
| CN112234950B (zh) | 一种石墨烯电极二硫化钼谐振器及其制备方法 | |
| US20210302624A1 (en) | Lithium niobate devices fabricated using deep ultraviolet radiation | |
| WO2021179374A1 (zh) | 一种量子芯片立体结构及其制作和封装方法 | |
| CN114005933A (zh) | 低阈值电压漂移的双向阈值切换选通管单元制备方法以及产品 | |
| CN112456433A (zh) | 一种基于冰刻的无溶液电子束曝光微纳加工方法及器件 | |
| CN116449655B (zh) | 一种纳米级硬质掩模的制备方法 | |
| CN116192079A (zh) | 高频声表面波谐振器及制备方法 | |
| CN1307707C (zh) | 一种含镁锌氧的金属－绝缘层－半导体结构及制备工艺 | |
| CN118382351A (zh) | 一种基于温和等离子体技术实现厚层碲化钼固定深度相变的方法 | |
| WO2023056701A1 (zh) | 量子比特组件、量子比特组件制备方法、芯片及设备 | |
| JP4943172B2 (ja) | シリコンエピタキシャル膜を有するｓｏｓ基板の形成法 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |