超导二极管器件及其制备方法技术

本申请公开了一种超导二极管器件及其制备方法。超导二极管器件包括异质结薄膜和两个超导电极，每一所述超导电极嵌入所述异质结薄膜，两个所述超导电极之间形成约瑟夫森结。本申请的超导二极管器件至少具有如下有益效果：通过第二类外尔半金属材料构建约瑟夫森结，使得器件能够在不同电流或磁场方向上选择性地进行超导态到正常态的转化，普适性强。普适性强。普适性强。

【技术实现步骤摘要】
超导二极管器件及其制备方法


[0001]本申请涉及半导体
，尤其是涉及一种超导二极管器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]相关技术中，超导二极管器件通常只在单一的电流方向或磁场方向上能够实现超导态到正常态的转化，对不同应用场景的普适性较差。

技术实现思路

[0003]本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种超导二极管器件，能够在不同电流或磁场方向上选择性地进行超导态到正常态的转化，普适性强。
[0004]本申请还提出一种用于制备上述超导二极管器件的超导二极管器件制备方法。
[0005]根据本申请的第一方面实施例的超导二极管器件，包括异质结薄膜和两个超导电极，每一所述超导电极嵌入所述异质结薄膜，两个所述超导电极之间形成约瑟夫森结，其中，所述异质结薄膜由第二类外尔半金属制成。
[0006]根据本申请实施例的超导二极管器件，至少具有如下有益效果：通过第二类外尔半金属材料构建约瑟夫森结，使得器件能够在不同电流或磁场方向上选择性地进行超导态到正常态的转化，普适性强。
[0007]根据本申请的一些实施例，所述异质结薄膜的材料为二碲化钼。
[0008]根据本申请的一些实施例，所述异质结薄膜的厚度为10nm至60nm。
[0009]根据本申请的一些实施例，所述超导电极为铌电极。
[0010]根据本申请的第二方面实施例的超导二极管器件制备方法，所述方法包括：清洗衬底基片；制备异质结薄膜；将所述异质结薄膜转移至所述衬底基片上；在所述异质结薄膜上旋涂光刻胶并烘干；对所述光刻胶进行曝光；在所述异质结薄膜中制备超导电极。
[0011]根据本申请的一些实施例，所述清洗衬底基片的步骤，具体为：分别在丙酮、异丙醇、去离子水中对所述衬底基片进行超声波清洗。
[0012]根据本申请的一些实施例，所述制备异质结薄膜的步骤，具体为：在手套箱中通过机械剥离法制备目标厚度的异质结薄膜，其中，所述手套箱中的水含量与氧含量均不大于0.01ppm。
[0013]根据本申请的一些实施例，所述在所述异质结薄膜上旋涂光刻胶并烘干的步骤，具体包括：在所述手套箱中以4000r/min的速率在所述异质结薄膜上旋涂光刻胶；在所述手套箱的加热台上烘烤所述异质结薄膜。
[0014]根据本申请的一些实施例，所述在所述异质结薄膜中制备超导电极的步骤，具体包括：通过混合清洗剂去除所述异质结薄膜的表面氧化层；将所述异质结薄膜放置于脉冲激光镀膜设备的腔室中；抽取所述脉冲激光镀膜设备的腔室中的空气，使气压不大于1e
‑6Pa；通过氩离子源清洁所述异质结薄膜的表面；通过脉冲激光在所述异质结薄膜中蒸镀所
述超导电极。
[0015]本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[0016]下面结合附图和实施例对本申请做进一步的说明，其中：
[0017]图1为本申请超导二极管器件一种实施例的示意图；
[0018]图2为本申请超导二极管器件一种实施例的结构图；
[0019]图3为图2所示的超导二极管器件的微分电阻谱随着磁场以及电流变化的准二维图；
[0020]图4为图2所示超导二极管器件的超导临界电流大小随着磁场的变化示意图；
[0021]图5为图2所示超导二极管器件的超导二极管效果示意图；
[0022]图6为本申请超导二极管器件制备方法一种实施例的流程图；
[0023]图7为图5所示步骤S100一种实施例的流程图；
[0024]图8为图5所示步骤S200一种实施例的流程图；
[0025]图9为图5所示步骤S400一种实施例的流程图；
[0026]图10为图5所示步骤S600一种实施例的流程图。
具体实施方式
[0027]下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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，而不能理解为对本申请的限制。
[0028]在本申请的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0029]在本申请的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0030]本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属
技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。
[0031]本申请实施例的超导二极管器件可应用于超导量子干涉仪、超导量子计算中。二极管是整流器、光电探测器、晶体管等复杂器件的基础，广泛应用于逻辑计算设备中。传统的二极管器件无论是在正向还是反向都存在一定电阻，因此能量的耗散和热量的产生都是不可避免的。在高运算量的计算设备中，散热性能对于器件的寿命和能源的损耗都有很大的影响，从而影响电路板上的器件集成度。近年来，超导二极管器件是一个重要的研究方向。不同于常规的二极管，超导二极管器件允许电流沿一定方向通过，在该方向的器件电阻
为零，不会引起能量的损耗。相关技术中，超导二极管器件通常只在单一电流或磁场方向上能够实现超导态到正常态的转化，对不同应用场景的普适性较差。
[0032]基于此，本申请提出一种超导二极管器件及其制备方法，本申请的超导二极管器件能够在不同电流或磁场方向上选择性地进行超导态到正常态的转化，普适性强。
[0033]一些实施例，参照图1，超导二极管器件包括异质结薄膜和两个超导电极，每一超导电极嵌入异质结薄膜，两个所述超导电极之间形成约瑟夫森结，其中，异质结薄膜由第二类外尔半金属制成。
[0034]约瑟夫森结是由两个超导体夹以势垒层而构成的结构，在其中超导电子可以通过隧道效应从一边穿过势垒层薄膜到达另一边。外尔半金属是具有拓扑非平庸的能带结构的材料，其电子的色散关系存在着成对的手性相反的外尔点，这对外尔点可以看成是倒空间中一对正负磁荷。第二类外尔半金属是外尔半金属概念的推广，其电子的色散关系在外尔点附近不满足洛伦茨变换对称性。在本申请的实施例中，超导电极之间的异质结薄膜层即相当于势垒层，两个超导电极及它们之间的异质结薄膜层构成一个约瑟夫森结。本申请在第二类外尔半金属薄膜上制备超导电极以构成约瑟夫森结拓扑结构，使得器件能够在不同电流或磁场方向上选择性地进行超导态到正常态的转化，普适性强。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.超导二极管器件，其特征在于，包括异质结薄膜和两个超导电极，每一所述超导电极嵌入所述异质结薄膜，两个所述超导电极之间形成约瑟夫森结，其中，所述异质结薄膜由第二类外尔半金属制成。2.根据权利要求1所述的超导二极管器件，其特征在于，所述异质结薄膜的材料为二碲化钼。3.根据权利要求1所述的超导二极管器件，其特征在于，所述异质结薄膜的厚度为10nm至60nm。4.根据权利要求1至3任一项所述的超导二极管器件，其特征在于，所述超导电极为铌电极。5.超导二极管器件制备方法，其特征在于，所述方法用于制备权利要求1至4任一项所述的超导二极管器件，所述方法包括：清洗衬底基片；制备异质结薄膜；将所述异质结薄膜转移至所述衬底基片上；在所述异质结薄膜上旋涂光刻胶并烘干；对所述光刻胶进行曝光；在所述异质结薄膜中制备超导电极。6.根据权利要求5所述的超导二极管器件制备方法，其特征在于，所述清洗衬底基片的步骤，具体为：分别在丙酮、异丙醇、去离子水中对所述衬底基...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈平博，何洪涛，周良，叶毕聪，余涛，雷啸，安全宁，唐振中，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：