【技术实现步骤摘要】
本申请涉及半导体器件及其制备的，具体而言，涉及一种半导体薄膜机械振子的体声波读取装置及其制备方法。
技术介绍
1、半导体薄膜机械振子是一种基于半导体材料的薄膜结构，其具备较高的品质因子，在量子物理信息、量子精密测量和传感探测等领域具有重要的应用价值。
2、半导体薄膜机械振子的读取主要依赖于其振动信息的提取和分析，以进行半导体薄膜机械振子的量子调控。目前一般通过微波频段的超导谐振器（基于超导谐振腔）来进行半导体薄膜机械振子的量子调控。例如，基于超导薄膜采用传统的微加工技术可以制备得到超导谐振腔（或称微波谐振腔）。基于超导谐振腔与低频半导体薄膜机械振子的悬空机械电容耦合结构，可以构建半导体薄膜机械振子的读取装置，通过该读取装置可以将量子计算芯片处理结果信息进行相干传递和存储。
3、但本申请的专利技术人发现，随着超导量子计算芯片比特数目的增加、对微波谐振腔模式的需求量的增加以及对读取装置的小型化要求等，对超导谐振器接口电路提出了更高的技术要求，使得传统的超导谐振器面临需要多模式扩展和存在串扰等技术问题。
4、例如，专利技术人认为，目前的读取装置还存在以下问题:
5、1.传统的超导谐振器接口电路的通用频段在4ghz-8ghz之间，电路尺寸一般在毫米量级，只能提供单一模式的微波谐振模式；
6、2.目前多模式的微波谐振电路的结构较为复杂，使得电路整体面积较大，容易与超导量子芯片内的微波电路信号形成串扰；
7、3.多模式的微波谐振电路中，每个模式与半导体薄膜的耦合强度存在
技术实现思路
1、本申请提供了一种半导体薄膜机械振子的体声波读取装置及其制备方法，用于解决传统的超导谐振器所面临的需要多模式扩展和存在串扰等技术问题。
2、本申请的一方面，本申请提供了一种半导体薄膜机械振子的体声波读取装置，包括体声波压电结构层和半导体薄膜结构层；体声波压电结构层包括：第一衬底层；金属生长层，呈第一预设图形设置在第一衬底层上；压电薄膜层，呈第一预设图形设置在金属生长层上；半导体薄膜结构层包括：第二衬底层，包括第一表面和第二表面；第一半导体薄膜层，设置在第一表面上；第二半导体薄膜层，设置在第二表面上；其中，第二衬底层的中部为中空结构，且第一半导体薄膜层的中部包括部分悬空半导体薄膜层；超导谐振电路层，设置在第一半导体薄膜层上，超导谐振电路层基于压电效应与压电薄膜层形成共振耦合形成超模，超导谐振电路层用于激励超模并输出半导体薄膜机械振子的振动信息；其中，体声波压电结构层和半导体薄膜结构层通过连接组件倒装连接，且压电薄膜层的中心与超导谐振电路层的中心相对应。
3、根据本申请的一些实施例，超导谐振电路层包括：超导谐振电路，设置在悬空半导体薄膜层的中心区域；信号输入电路，设置在超导谐振电路的一侧，为超导谐振电路提供输入信号；信号输出电路，与信号输入电路对应设置在超导谐振电路的另一侧，输出经过超导谐振电路的输出信号。
4、根据本申请的一些实施例，超导谐振电路为同心圆结构，同心圆结构的圆心设置在悬空半导体薄膜层的中心。
5、根据本申请的另一方面，本申请还提供了一种半导体薄膜机械振子的体声波读取装置的制备方法，包括制备体声波压电结构层；制备半导体薄膜结构层；将体声波压电结构层通过连接组件倒装连接半导体薄膜结构层，以得到体声波读取装置；制备体声波压电结构层包括：在第一衬底层上设置初始金属生长层；在初始金属生长层上设置初始压电薄膜层；对初始压电薄膜层和初始金属生长层进行刻蚀，以得到具有第一预设图形的压电薄膜层和金属生长层；制备半导体薄膜结构层包括：在第二衬底层的两个表面分别设置第一半导体薄膜层和第二半导体薄膜层；基于第二预设图形，刻蚀第二半导体薄膜层的中心区域的部分半导体薄膜层，以得到部分裸露的第二衬底层；对部分裸露的第二衬底层进行刻蚀，使得第二衬底层的中部为中空结构，以及使得第一半导体薄膜层的中部包括部分悬空半导体薄膜层；在第一半导体薄膜层上设置超导谐振电路层，以得到半导体薄膜结构层。
6、根据本申请的一些实施例，将体声波压电结构层通过连接组件倒装连接半导体薄膜结构层，以得到体声波读取装置包括：将压电薄膜层的中心与超导谐振电路层的中心相对应之后，将体声波压电结构层通过连接组件倒装连接半导体薄膜结构层。
7、根据本申请的一些实施例，在第一半导体薄膜层上设置超导谐振电路层包括：在悬空半导体薄膜层的中心区域设置超导谐振电路；在超导谐振电路的一侧设置信号输入电路；在超导谐振电路的另一侧，与信号输入电路对应设置信号输出电路，以得到超导谐振电路层。
8、根据本申请的一些实施例，超导谐振电路为同心圆结构，同心圆结构的圆心设置在悬空半导体薄膜层的中心。
9、本申请提供的半导体薄膜机械振子的体声波读取装置包括体声波压电结构层和半导体薄膜结构层，通过将体声波压电结构层和半导体薄膜结构层倒装连接，形成体声波读取装置。体声波压电结构层包括压电薄膜层，半导体薄膜结构层包括超导谐振电路层，在激励下，超导谐振电路层基于压电效应与压电薄膜层形成共振耦合以形成超模，以及通过超导谐振电路层激励超模并输出半导体薄膜机械振子的振动信息，从而可以完成半导体薄膜机械振子的体声波读取。
10、本申请通过压电换能技术和压电效应，构建了高品质因子的半导体薄膜机械振子的振动与高频体声波振子之间的色散耦合（色散法）以及能量转换，实现半导体薄膜机械振子的振动信息的读取。
11、本申请通过体声波振子替代现有的多模式微波谐振腔接口电路，本申请提供的压电薄膜结构层具有较强的模式体积，可以在百微米尺寸的压电薄膜层上实现多种（可达上百种）微波谐振模式，多种微波谐振模式均可以与同一个半导体机械振子相耦合，可以在保留一个微波换能电路的前提下，实现多种射频模式与半导体机械振子的耦合以及相干信息交换。以及体声波压电结构层的声学模式集成度较高，可以使得各个模式与半导体薄膜的耦合强度均匀分布，以及还可以避免多模式的微波电路结构中的电磁串扰的问题。
12、本申请提供的半导体薄膜机械振子的体声波读取装置还具备精密调控模式劈裂能力，可以构建布里渊类型的声力相互作用，可以使得单光子耦合强度提高四个数量级等。
13、本申请提供的半导体薄膜机械振子的体声波读取装置具有结构简单、制备简单、集成度高（面积小型化处理）和易与其他器件进行集成加工等特点。
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1.一种半导体薄膜机械振子的体声波读取装置，其特征在于，包括体声波压电结构层和半导体薄膜结构层；
2.根据权利要求1所述的体声波读取装置，其特征在于，所述超导谐振电路层包括：
3.根据权利要求2所述的体声波读取装置，其特征在于，所述超导谐振电路为同心圆结构，所述同心圆结构的圆心设置在所述悬空半导体薄膜层的中心。
4.一种半导体薄膜机械振子的体声波读取装置的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备如权利要求1-3任一所述的体声波读取装置，所述制备方法包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述将所述体声波压电结构层通过连接组件倒装连接所述半导体薄膜结构层，以得到所述体声波读取装置包括：
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述在所述第一半导体薄膜层上设置超导谐振电路层包括：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述超导谐振电路为同心圆结构，所述同心圆结构的圆心设置在所述悬空半导体薄膜层的中心。
【技术特征摘要】
1.一种半导体薄膜机械振子的体声波读取装置，其特征在于，包括体声波压电结构层和半导体薄膜结构层；
2.根据权利要求1所述的体声波读取装置，其特征在于，所述超导谐振电路层包括：
3.根据权利要求2所述的体声波读取装置，其特征在于，所述超导谐振电路为同心圆结构，所述同心圆结构的圆心设置在所述悬空半导体薄膜层的中心。
4.一种半导体薄膜机械振子的体声波读取装置的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备如权利要求1-3任一...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉龙，王文彦，刘其春，孙换莹，
申请(专利权)人：北京量子信息科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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