约瑟夫森结的电阻调控方法及量子芯片的制备方法技术

本申请公开了约瑟夫森结的电阻调控方法及量子芯片的制备方法，属于量子计算技术领域。所述约瑟夫森结的势垒层为氧化物层，约瑟夫森结的电阻调控方法包括调整所述氧化物层的氧离子含量。量子芯片的制备方法包括先检测位于量子芯片上的约瑟夫森结的电阻，然后判断所述电阻是否符合目标值，若否，则调整所述氧化物层的氧离子含量。通过调整所述氧化物层的氧离子含量，实现了对约瑟夫森结的电阻的调控，有助于获得更好的量子比特的性能参数。有助于获得更好的量子比特的性能参数。有助于获得更好的量子比特的性能参数。

【技术实现步骤摘要】
约瑟夫森结的电阻调控方法及量子芯片的制备方法


[0001]本申请属于量子信息领域，尤其是量子计算
，特别地，本申请涉及一种约瑟夫森结的电阻调控方法及一种量子芯片的制备方法。

技术介绍

[0002]在超导物理体系的量子计算中，量子比特是基于约瑟夫森结构建的TLS系统。结合图1所示，约瑟夫森结(Josephson Junction)一般是由两超导层夹以某种很薄的势垒层(厚度≤Cooper电子对的相干长度)而构成的结构，并且中间的势垒层的质量和厚度直接影响了约瑟夫森结的常温电阻，进而影响量子比特的性能参数。但是，由于工艺条件的限制，例如，氧化条件的波动，约瑟夫森结的势垒层往往会有一定的不均匀性，这就导致工艺制备的约瑟夫森结的电阻不一定符合设计要求。因此，仍需对制备的约瑟夫森结的电阻进行调控修正以确保能够获得更好的量子比特的性能参数。
专利技术创造内容
[0003]针对目前相关技术中制备获得的约瑟夫森结的电阻不均匀，难以符合设计要求的问题，本申请提供一种约瑟夫森结的电阻调控方法及一种量子芯片的制备方法，它能够对约瑟夫森结的电阻进行调控修正从而确保能够获得更好的量子比特的性能参数。
[0004]本申请的一个实施例提供了一种约瑟夫森结的电阻调控方法，所述约瑟夫森结的势垒层为氧化物层，所述电阻调控方法包括：调整所述氧化物层的氧离子含量。
[0005]如上所述的电阻调控方法，所述调整所述氧化物层的氧离子含量的步骤，包括：将所述约瑟夫森结暴露于氧离子氛围中以使所述氧化物层的氧离子含量增加；和/或，对所述约瑟夫森结退火以使所述氧化物层的氧离子含量减少。
[0006]如上所述的电阻调控方法，所述形成所述氧离子氛围的步骤包括：向容置有所述约瑟夫森结的反应腔室中通入氧气；利用微波或射频激发所述氧气生成氧离子以在所述反应腔室内形成氧离子氛围。
[0007]如上所述的电阻调控方法，所述对所述约瑟夫森结退火的步骤，包括：将所述约瑟夫森结加热至200℃～300℃后保温20min～30min，再冷却。
[0008]如上所述的电阻调控方法，所述约瑟夫森结为Al
‑
Al2O3‑
Al的三层结构。
[0009]本申请的另一个实施例提供了一种量子芯片的制备方法，所述约瑟夫森结的势垒层为氧化物层，所述制备方法包括：检测位于量子芯片上的约瑟夫森结的电阻；判断所述电阻是否符合目标值；若否，则调整所述氧化物层的氧离子含量以获得所述电阻符合目标值的所述约瑟夫森结。
[0010]如上所述的制备方法，所述调整所述氧化物层的氧离子含量的步骤，包括：将所述约瑟夫森结暴露于氧离子氛围中以使所述氧化物层的氧离子含量增加；和/或，对所述约瑟夫森结退火以使所述氧化物层的氧离子含量减少。
[0011]如上所述的制备方法，形成所述氧离子氛围的步骤包括：向容置有所述约瑟夫森
结的反应腔室中通入氧气；利用微波或射频激发所述氧气生成氧离子以在所述反应腔室内形成氧离子氛围。
[0012]如上所述的制备方法，所述对所述约瑟夫森结退火的步骤，包括：将所述约瑟夫森结加热至200℃～300℃后保温20min～30min，再冷却。
[0013]如上所述的制备方法，所述约瑟夫森结为Al
‑
Al2O3‑
Al的三层结构。
[0014]与现有技术相比，本申请针对势垒层为氧化物层的约瑟夫森结，通过调整所述氧化物层的氧离子含量，实现了对约瑟夫森结的电阻的调控，进而有助于获得更好的量子比特的性能参数。
附图说明
[0015]图1为本申请实施例提供的一种约瑟夫森结的结构示意图；
[0016]图2为本申请实施例提供的一种约瑟夫森结的电阻调控方法的流程示意图；
[0017]图3为本申请实施例提供的另一种约瑟夫森结的电阻调控方法的流程示意图；
[0018]图4为本申请实施例提供的一种量子芯片的制备方法的流程示意图；
[0019]图5A为氧离子氛围处理前针对势垒层的氧元素含量分析，图5B为氧离子氛围处理后针对势垒层的氧元素含量分析；
[0020]图6A为退火处理前针对势垒层的氧元素含量分析，图6B为退火处理后针对势垒层的氧元素含量分析。
具体实施方式
[0021]下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
[0022]量子计算是一个很重要且慢慢被国内广泛关注的领域，实现量子计算的体系有半导体量子点、离子阱、基于超导约瑟夫森结的超导量子比特体系、核磁体系等等。超导约瑟夫森结是一种三层薄膜构成的结构，上下两层均为可在低温超导的金属，如Nb膜或者Al膜，中间夹一层势垒层，通常是氧化铝(AlOx)。基于超导约瑟夫森结的超导体系因其可扩展性好、门操作保真度高、可利用传统半导体微纳加工技术很方便制备等优点被认为是实现量子计算最有前景的体系之一。其中，超导约瑟夫森结的制备则是超导量子比特的关键。在约瑟夫森结的工艺中，势垒层的制备是最关键的步骤，因为这层介质层的质量和厚度直接影响了约瑟夫森结的常温电阻，进而影响约瑟夫森结的低温超导的临界电流。现有技术中，制备中间的势垒层的一种主要方案是氧化工艺。
[0023]氧化工艺比较简单，可以在第一层金属制备完成之后，通入氧气让其氧化，从而形成一层氧化物，但该层氧化物的厚度较难实现精确控制，而且氧化物的致密性较差，这些直接影响了约瑟夫森结的常温电阻，造成了最终的约瑟夫森结的阻值不可控且可重复性差，进而影响量子比特的相关参数。因此，仍需对制备的约瑟夫森结的电阻进行调控修正以确保能够获得更好的量子比特的性能参数。
[0024]本申请实施例提供一种约瑟夫森结的电阻调控方法，所述约瑟夫森结的势垒层为氧化物层，所述电阻调控方法包括：调整所述氧化物层的氧离子含量。与现有技术相比，本申请实施例针对势垒层为氧化物层的约瑟夫森结，通过调整所述氧化物层的氧离子含量，
实现了对约瑟夫森结的电阻的调控，进而有助于获得更好的量子比特的性能参数。
[0025]在本申请的一些实施例中，所述调整所述氧化物层的氧离子含量的步骤，包括：将所述约瑟夫森结暴露于氧离子氛围中以使所述氧化物层的氧离子含量增加。当约瑟夫森结处于氧离子氛围时，氧离子极容易扩散到约瑟夫森结中，使得作为势垒层的氧化物层中的氧含量明显上升，进而使得约瑟夫森结的常温电阻增大。示例性的，结合5A和图5B所示，常温电阻为6kΩ的约瑟夫森结包括层叠的底超导层
‑
势垒层
‑
顶超导层，底超导层、势垒层、顶超导层的厚度依次为30nm、2～3nm、70nm，该约瑟夫森结在氧离子氛围处理4min后，常温电阻上升到7.4kΩ，氧离子氛围处理前后TEM分析势垒层的氧含量分别为24.6％和30％。氧离子氛围处理时可以利用反应离子刻蚀(RIE)，O2‑
RIE具体过程：在刻蚀开始时，首先向反应腔通入O2气体，O2气体的流量为30sccm，直至反应腔内的气压为10
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种约瑟夫森结的电阻调控方法，其特征在于，所述约瑟夫森结的势垒层为氧化物层，所述电阻调控方法包括：调整所述氧化物层的氧离子含量。2.根据权利要求1所述的电阻调控方法，其特征在于，所述调整所述氧化物层的氧离子含量的步骤，包括：将所述约瑟夫森结暴露于氧离子氛围中以使所述氧化物层的氧离子含量增加；和/或，对所述约瑟夫森结退火以使所述氧化物层的氧离子含量减少。3.根据权利要求2所述的电阻调控方法，其特征在于，形成所述氧离子氛围的步骤包括：向容置有所述约瑟夫森结的反应腔室中通入氧气；利用微波或射频激发所述氧气生成氧离子以在所述反应腔室内形成氧离子氛围。4.根据权利要求2所述的电阻调控方法，其特征在于，所述对所述约瑟夫森结退火的步骤，包括：将所述约瑟夫森结加热至200℃～300℃后保温20min～30min，再冷却。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的电阻调控方法，其特征在于，所述约瑟夫森结为Al
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Al2O3‑
Al的三层结构。6.一种量子芯片的制备方法，其特征在于，所述约瑟夫森...

【专利技术属性】
技术研发人员：张润潇，沈龙，马亮亮，
申请(专利权)人：合肥本源量子计算科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：