一种电极、约瑟夫森结、超导量子器件和芯片制造技术

本申请公开了一种电极、约瑟夫森结、超导量子器件和芯片，属于量子芯片制造领域。该电极被用于超导器件。超导器件具有衬底以及形成于衬底表面的超导层和电容器，并且超导层具有槽，而电容器容纳于槽内。而电极则包括位于槽内的极板，并且极板与电容器呈一体连接的结构。该电极能够被用于制作约瑟夫森结，并且约瑟夫森结的电极与电容一体连接而无需通过额外的连接层连接，从而可以避免因为连接层的制作和处理所导致的问题。作和处理所导致的问题。作和处理所导致的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种电极、约瑟夫森结、超导量子器件和芯片


[0001]本申请属于量子芯片制备领域，具体涉及一种电极、约瑟夫森结、超导量子器件和芯片。

技术介绍

[0002]约瑟夫森结是超导量子芯片中的关键器件之一。超导量子芯片的性能从很大程度上依赖于高品质、高稳定性的约瑟夫森结的实现。约瑟夫森结大体上是一类超导体的弱连接结构。约瑟夫森结存在多种类型，其中的一种典型的约瑟夫森结大致具有三层堆叠式的结构。
[0003]目前，在超导量子比特中的常规约瑟夫森结具有下述之结构：超导体、绝缘体和超导体的依次叠层。在制作上述超导量子比特时，比特电容和约瑟夫森结需要通过连接层进行连接。但是需要在制作连接层之前对结进行表面的氧化层去除处理。然而，这样的去除处理会使结受到损坏、性能降低和稳定性变差。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请公开了一种电极、约瑟夫森结、超导量子器件和芯片。该方案中的电极以及基于其的约瑟夫森结、器件和芯片具有制作简单、性能稳定等优点。
[0005]本申请示例的方案，通过如下内容实施。
[0006]在第一方面，本申请的示例提出了一种用于制作超导器件中的约瑟夫森结的电极。
[0007]其中，超导器件具有衬底以及形成于衬底表面的超导层和电容器；超导层具有容纳电容器的槽。该电极包括位于槽内的极板；其中的极板与电容器连接并且呈一体结构。
[0008]在该电极中，其极板与电容器连接并且呈一体结构。换言之，在这样的结构形式中，将约瑟夫森结的一个超导体结构(即前述之电极)与电容器以一体的结构进行构建。因此，在制作上述超导器件时，电容器与约瑟夫森结不需要通过额外配置的连接层进行连接，从而能够在制作工艺过程中避免使用因引入连接层所需要实施的制作和对其处理的操作，因此，可以克服因为这些操作而带来的对约瑟夫森结的不利影响。
[0009]根据本申请的一些示例，极板为一个，且极板的表面具有绝缘体；或者，极板为两个，且每个极板的表面具有绝缘体。
[0010]根据本申请的一些示例，绝缘体是铝氧化膜、钼氧化物膜或钒氧化膜。
[0011]根据本申请的一些示例，极板是铝板、钼板或钒板。
[0012]根据本申请的一些示例，电极还包括凸块，并且凸块从极板一体延伸而成；和/或，极板的表面形成有氧化层。
[0013]在第二方面，本申请的示例提出了一种利用上述的电极制作而成的超导量子器件。
[0014]根据本申请的一些示例，超导量子器件包括超导量子比特、可调耦合器。
[0015]一种用于制作超导量子比特的约瑟夫森结。该超导量子比特具有衬底以及形成于衬底表面的超导层和比特电容，且超导层具有容纳比特电容的槽。
[0016]约瑟夫森结包括：
[0017]第一极板，与比特电容一体连接；
[0018]形成于第一极板表面的第一绝缘体和第二绝缘体；以及
[0019]位于槽内、并且彼此间隔开的两个第二极板；
[0020]两个第二极板中的一者覆盖于第一绝缘体，两个第二电极中的另一者覆盖于第二绝缘体；
[0021]第一极板、绝缘体和第二极板的层叠区域构成约瑟夫森结的结区。
[0022]根据本申请的一些示例，比特电容为十字电容；和/或，第一极板与第二极板纵横交错布置。
[0023]根据本申请的一些示例，约瑟夫森结还包括凸块，十字电容具有一个电容臂，凸块从该一个电容臂的末端一体延伸而成，第一极板通过凸块连接十字电容的一个电容臂。
[0024]根据本申请的一些示例，上述的一个电容臂具有延伸方向、并且定义有与延伸方向垂直的宽度方向；在宽度方向，凸块的宽度小于电容臂的宽度；
[0025]根据本申请的一些示例，沿第一极板至第二极板的方向，第一极板的厚度小于第二极板的厚度。
[0026]根据本申请的一些示例，第二极板的一端覆盖于绝缘体、并且另一端延伸至与槽的侧壁接触。
[0027]根据本申请的一些示例，比特电容具有彼此独立的第一电容臂和第二电容臂；
[0028]第一极板与第一电容臂一体连接，第二极板一端覆盖于绝缘体、并且另一端连接第二电容臂。
[0029]根据本申请的一些示例，第二极板前述的另一端与第二电容臂为一体结构。
[0030]在第四方面，本申请的示例提出了一种超导量子芯片，其含有上述之的约瑟夫森结。
[0031]有益效果：
[0032]与现有技术相比，对于本申请示例中的用于超导器件(例如超导量子芯片)中的约瑟夫森结，将结的电极与量子比特的电容采取一体结构进行设计。因此，二者可以被一次性地制作，而无需要分步(电容和量子比特中约瑟夫森结的电极分别独立制成)制作，也减少了因为分步而需要的连接操作。由此，从工序上而言减少了工艺步骤；相应地，由于工艺步骤的减少，也能够避免因为这些被减少的工艺步骤所引入的不利影响因素的产生。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0034]图1为一种典型的超导量子比特的结构示意图；
[0035]图2为图1中的A部的局部放大图；
[0036]图3为本申请实施例提供的超导量子比特的结构示意图；
[0037]图4为图3中的B部的局部放大图；
[0038]图5公开了图3的超导量子比特中的三层结构的约瑟夫森结的结构示意图；
[0039]图6为本申请示例中的两种约瑟夫森结的各层相对厚度的对比示意图；
[0040]图7为本申请实施例提供的另一种超导量子比特的结构示意图；
[0041]图8为图7中的C部的局部放大图。
[0042]图标：100
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接地平面；101
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槽；102
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十字电容；201
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第一电极；202
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第二电极；204
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第一连接层；205
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第一焊盘；206
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第二焊盘；207
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第二连接层；301
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电容器；302
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凸块；303
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极板；304
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第二极板；401
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第一电容臂；402
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第二电容臂。
具体实施方式
[0043]在超导量子芯片中，一种典型的超导量子比特具有如图1和图2所示的结构。
[0044]如图1所示，在衬底(例如蓝宝石、硅)的表面形成有接地平面100。其中的接地平面100一般可以选择为超导材料，例如铝膜层、钽膜层等。接地平面100具有例如通过光刻形成的槽101，并且因此从该槽101处暴露衬底表面的局部。示例中，槽101在衬底表面的正投影的形状为十字型；但是在其他示例中，槽101可以是其他形状，并且以槽101轮廓限定的区域能够容纳下预计配置的元器件为限。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电极，用于制作超导器件中的约瑟夫森结，其特征在于，超导器件具有衬底以及形成于衬底表面的超导层和电容器，超导层具有槽，电容器容纳于槽内，电极包括：位于槽内的极板，极板与电容器连接且呈一体结构。2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述极板为一个，且极板的表面具有绝缘体；或者，所述极板为两个，且每个极板的表面具有绝缘体。3.根据权利要求2所述的电极，其特征在于，所述绝缘体是铝氧化膜、钼氧化膜或钒氧化膜。4.根据权利要求1至3之一所述的电极，其特征在于，所述极板是铝板、钼板或钒板。5.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述电极还包括凸块，所述凸块从极板一体延伸而成；和/或，所述极板的表面形成有氧化层。6.一种超导量子器件，其特征在于，利用权利要求1至5中任意一项所述的电极制作而成。7.根据权利要求6所述的超导量子器件，其特征在于，超导量子器件包括超导量子比特、可调耦合器。8.一种约瑟夫森结，用于制作超导量子比特，其特征在于，所述超导量子比特具有衬底以及形成于衬底表面的超导层和比特电容，所述超导层具有容纳所述比特电容的槽，所述约瑟夫森结包括：第一极板，与比特电容一体连接；形成于第一极板表面的第一绝缘体和第二绝缘体；以及位于所述槽内、并且彼此间隔开的两个第二极板；所述两个第二极板中的一者覆盖于所述第一绝缘体，所述两个第二电极中的另一者覆盖于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：合肥本源量子计算科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：