一种超导薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超导薄膜及其制备方法，其中，超导薄膜的制备方法包括：提供衬底；在所述衬底上形成刻蚀保护层，并在所述刻蚀保护层上形成掩膜图形；将所述刻蚀保护层作为掩膜，在所述衬底靠近所述刻蚀保护层的一侧沉积超导薄膜层，所述超导薄膜层包括图形化结构，所述图形化结构与所述掩膜图形一致。本发明专利技术提供了一种超导薄膜及其制备方法，以解决现有的超导薄膜制备出来的超导波导在不同位置的品质因子相差较大的问题。

A superconducting film and its preparation

The invention discloses a superconducting thin film and a preparation method thereof, wherein the preparation method of the superconducting thin film includes: providing a substrate, forming an etching protective layer on the substrate, and forming a mask pattern on the etching protective layer; taking the etching protective layer as a mask, depositing a superconducting thin film layer on one side of the substrate close to the etching protective layer, and the superconducting thin film layer is wrapped The graphic structure is consistent with the mask pattern. The invention provides a superconducting film and a preparation method thereof to solve the problem that the quality factors of the superconducting waveguide prepared by the existing superconducting film differ greatly in different positions.

【技术实现步骤摘要】
一种超导薄膜及其制备方法
本专利技术涉及超导量子芯片
，尤其涉及一种超导薄膜及其制备方法。
技术介绍
随着现代电子计算机的广泛应用，经典电子计算机在大规模数据处理，尤其是量子模拟等领域存在存储空间和速度的局限，加之受摩尔定律的限制，科学家提出利用量子效应进行信息处理及量子计算。至上世纪80年代初期，理查德·费因曼等科学家提出利用量子原理制造量子计算机并用它来模拟量子力学系统。随后理论物理学家和计算机科学家从理论上证实，量子计算机在量子模拟，量子全局搜索以及密钥破解等方面具有远超经典计算机的能力。量子计算机的基本单元包括量子比特，超导平面波导以及相关馈线等。目前用于量子计算机的超导材料主要为金属铝和金属铌，这两种金属制备出来的超导波导的品质因子Q的平均值在106量级，但是目前研究表明在衬底上沉积超导薄膜层形成的超导薄膜用于超导波导，可将品质因子Q值提高到107量级。但是超导薄膜制备出来的超导波导不同位置的品质因子Q的差值较大。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种超导薄膜及其制备方法，以解决现有的超导薄膜制备出来的超导波导不同位置的品质因子的差值较大的问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种超导薄膜的制备方法，包括：提供衬底；在所述衬底上形成刻蚀保护层，并在所述刻蚀保护层上形成掩膜图形；将所述刻蚀保护层作为掩膜，在所述衬底靠近所述刻蚀保护层的一侧沉积超导薄膜层，所述超导薄膜层包括图形化结构，所述图形化结构与所述掩膜图形一致。可选的，所述超导薄膜层的材料为氮化钛；所述衬底的材料为高阻硅。可选的，在所述衬底上形成刻蚀保护层，并在所述刻蚀保护层上形成掩膜图形，包括：在所述衬底上形成气相刻蚀牺牲层；在所述气相刻蚀牺牲层远离所述衬底的一侧形成刻蚀保护层；通过聚焦离子束工艺在所述刻蚀保护层上形成掩膜图形；通过气相干刻工艺经由所述掩膜图形刻蚀所述气相刻蚀牺牲层至露出所述衬底，形成镂空结构。可选的，所述气相刻蚀牺牲层的所述镂空结构在所述衬底上的垂直投影覆盖并大于所述刻蚀保护层的掩膜图形。可选的，所述气相刻蚀牺牲层通过等离子增强气相沉积的工艺形成；所述气相刻蚀牺牲层的材料为氧化硅；所述刻蚀保护层的材料为非晶硅。可选的，通过气相干刻工艺经由所述掩膜图形刻蚀所述气相刻蚀牺牲层至露出所述衬底，形成镂空结构之后，还包括：将形成所述刻蚀保护层的衬底放入真空准备腔，以第一预设温度加热第一设定时间，并通过活性分子进行吹扫。可选的，所述第一预设温度为100～200℃；所述第一设定时间为20～60分钟；所述活性分子为氢气等离子体。可选的，将所述刻蚀保护层作为掩膜，在所述衬底靠近所述刻蚀保护层的一侧沉积超导薄膜层，包括：将所述刻蚀保护层作为掩膜，通过磁控溅射工艺或脉冲激光分子束外延工艺沉积所述超导薄膜层。可选的，将所述刻蚀保护层作为掩膜，在所述衬底靠近所述刻蚀保护层的一侧沉积超导薄膜层之后，包括：将所述气相刻蚀牺牲层通过气相干刻工艺刻蚀掉；并将刻蚀掉所述气相刻蚀牺牲层的衬底浸入丙酮溶液中进行超声处理，剥离所述刻蚀保护层；将剥离所述刻蚀保护层的衬底放入真空准备腔中，以第一预设温度加热第一设定时间，获取超导薄膜。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种超导薄膜，可由本专利技术任意实施例提供的超导薄膜的制备方法形成。本专利技术中，在形成超导薄膜时，在衬底上形成刻蚀保护层，并刻蚀形成掩膜图形，则可以刻蚀保护层作为掩膜，在衬底靠近刻蚀保护层的一侧沉积包括图形化结构的超导薄膜层，从而形成衬底上沉积图形化结构的超导薄膜，因为超导膜层包括沉积形成的图形化结构，而不是整层沉积超导薄膜层并刻蚀形成图形化结构，则本实施例中超导薄膜层在沉积过程中，会存在间断部位，间断部位能够对超导薄膜层在生长过程中存在的应力进行释放，有效解决不同位置生长应力差别较大的问题，从而避免超导薄膜制备出来的超导波导在不同位置的品质因子相差较大的问题，保证超导波导具有均匀的、数值较高的品质因子。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种超导薄膜的制备方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例提供的在刻蚀保护层上形成掩膜图形的流程示意图；图3本专利技术实施例步骤S201的工艺示意图；图4本专利技术实施例步骤S202的工艺示意图；图5是本专利技术实施例步骤S203的工艺示意图；图6是本专利技术实施例步骤S204的工艺示意图；图7是本专利技术实施例提供的另一种超导薄膜的制备方法的流程示意图；图8是本专利技术实施例步骤S307的工艺示意图；图9是本专利技术实施例提供的一种超导薄膜的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。本专利技术实施例提供了一种超导薄膜的制备方法，如图1所示，图1是本专利技术实施例提供的一种超导薄膜的制备方法的流程示意图，超导薄膜的制备方法的步骤如下：S101、提供衬底。S102、在衬底上形成刻蚀保护层，并在刻蚀保护层上形成掩膜图形。S103、将刻蚀保护层作为掩膜，在衬底靠近刻蚀保护层的一侧沉积超导薄膜层，超导薄膜层包括图形化结构，图形化结构与掩膜图形一致。在衬底上沉积超导薄膜层之前，可在衬底上沉积整层的刻蚀保护层，并在整层的刻蚀保护层上形成掩膜图形。在形成超导薄膜层时，以刻蚀保护层作为掩膜，在衬底靠近刻蚀保护层的一侧沉积超导薄膜层，则因为刻蚀保护层的关系，沉积超导薄膜层时可获取与所述掩膜图形一致的图形化结构，则超导薄膜层直接沉积获取分块，或者包含有间隙或间断的超导薄膜层，间断的超导膜薄层在生长过程中不易出现不同位置生长应力不均的问题。本实施例可选取直接在衬底上形成整层的超导薄膜层作为超导薄膜的方案作为对比例，在该对比例中，在同一衬底上，不同位置处的超导薄膜层生长应力差别较大，例如，对于整层的超导薄膜层，由中心指向边缘的方向上，超导薄膜层的应力越来越大，薄膜晶粒的倾斜角度越来越大，使得超导薄膜的中心位置和边缘位置的超导薄膜层的厚度具有一定的差异，从而导致对比例中的超导薄膜最终制成的超导波导的不同位置的品质因子的差值较大。本实施例中，直接形成包括多个间隙的间断的超导薄膜层，超导薄膜层的间隙处能够释放较大的应力，防止超导薄膜最终制成的超导波导的不同位置的品质因子的差值较大。可选的，超导薄膜层的材料可以为氮化钛；衬底的材料可以为高阻硅。在高阻硅材质的衬底上沉积形成氮化钛的超导薄膜材料形成的超导薄膜，能够将品质因子提高到107量级，本实施例中，高阻硅优选为(001)晶向，易于实现超导薄膜层的生长。此外，超导薄膜层的材料还可以为其他可用于超导波导的材料，本实施例对超导薄膜层的具体材料不进行限定。本专利技术实施例提供的超导薄膜的制备方法，在衬底上形成刻蚀保护层，并刻蚀形成掩膜图形，则可以刻蚀保护层作为掩膜，在衬底靠近刻蚀保护本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超导薄膜的制备方法，其特征在于，包括：/n提供衬底；/n在所述衬底上形成刻蚀保护层，并在所述刻蚀保护层上形成掩膜图形；/n将所述刻蚀保护层作为掩膜，在所述衬底靠近所述刻蚀保护层的一侧沉积超导薄膜层，所述超导薄膜层包括图形化结构，所述图形化结构与所述掩膜图形一致。/n

【技术特征摘要】
1.一种超导薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成刻蚀保护层，并在所述刻蚀保护层上形成掩膜图形；
将所述刻蚀保护层作为掩膜，在所述衬底靠近所述刻蚀保护层的一侧沉积超导薄膜层，所述超导薄膜层包括图形化结构，所述图形化结构与所述掩膜图形一致。


2.根据权利要求1所述的超导薄膜的制备方法，其特征在于，
所述超导薄膜层的材料为氮化钛；所述衬底的材料为高阻硅。


3.根据权利要求1所述的超导薄膜的制备方法，其特征在于，在所述衬底上形成刻蚀保护层，并在所述刻蚀保护层上形成掩膜图形，包括：
在所述衬底上形成气相刻蚀牺牲层；
在所述气相刻蚀牺牲层远离所述衬底的一侧形成刻蚀保护层；
通过聚焦离子束工艺在所述刻蚀保护层上形成掩膜图形；
通过气相干刻工艺经由所述掩膜图形刻蚀所述气相刻蚀牺牲层至露出所述衬底，形成镂空结构。


4.根据权利要求3所述的超导薄膜的制备方法，其特征在于，
所述气相刻蚀牺牲层的所述镂空结构在所述衬底上的垂直投影覆盖并大于所述刻蚀保护层的掩膜图形。


5.根据权利要求3所述的超导薄膜的制备方法，其特征在于，
所述气相刻蚀牺牲层通过等离子增强气相沉积的工艺形成；所述气相刻蚀牺牲层的材料为氧化硅；所述刻蚀保护层的材料为非晶硅。

【专利技术属性】
技术研发人员：冯加贵，熊康林，丁孙安，武彪，孙骏逸，黄永丹，陆晓鸣，芮芳，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32