【技术实现步骤摘要】
本申请涉及微纳加工，具体涉及一种基于自对准加工工艺的超导机械振子量子器件及其制备方法。
技术介绍
1、微纳机械振子被广泛应用于精密测量、传感器等领域，同时也被认为在研究宏观量子效应、量子计算与信息等方向上有着巨大前景。在量子杂化系统中，微纳机械振子由于独特的可塑性与良好的兼容性，能够与光学、超导、自旋等多种常见量子体系耦合，是一种重要的研究基础物理学的工具。微纳机械振子与光学腔或微波腔结合构建的量子腔光力学系统，是量子科学
的新兴方向。超导机械振子是量子腔光力学研究的重要器件，可应用于基本量子现象探索、量子精密测量等研究；同时，其与超导量子计算处理器以及光量子计算处理器兼容，其超高的品质因子成为超导量子计算潜在的量子存储，也是混合量子体系的媒介或量子接口，是未来实现通用量子计算和量子网络的重要元器件。其基本构型为底部电极、真空间距、悬空振动的顶部电极。
2、目前超导机械振子的制备主要技术路线是基于衬底-超导金属-牺牲层-超导金属的堆叠工艺，通过释放牺牲层来构建悬空的机械振子。该工艺流程简单，但其悬空部分构型为台阶状，结构复杂不稳定，导致良品率低；同时，多层台阶带来了很大的机械损耗，使得以此方法制备的机械振子品质因子很差，难以满足进一步的实验需求。
3、利用化学机械抛光（cmp，chemical mechanical polishing)配合离子束铣削（ibe，ion beam etch）可以制备平整的超导机械振子，即悬空区域与支撑区域连接平整，可以极大提升其良率与品质。但cmp与ibe的引入对微纳加
技术实现思路
1、为了解决本领域存在的上述不足，本申请旨在提供一种基于自对准加工工艺的超导机械振子量子器件及其制备方法。利用自对准的加工工艺，在无需cmp的情况下可构建出平整超导机械振子，能够有效提升机械振子的品质与良率，同时加工工艺简单、可重复性高。
2、根据本申请的一方面，提供一种基于自对准加工工艺的超导机械振子量子器件的制备方法，包括：
3、在硅基衬底的第一表面匀胶光刻制备底部电极与底部引线光刻胶结构，再刻蚀具有底部电极与底部引线光刻胶结构的硅基衬底的第一表面，使硅基衬底的第一表面具有一底部电极与底部引线光刻胶结构的凹槽；在具有底部电极与引线光刻胶结构的凹槽的硅基衬底的第一表面生长第一超导金属薄膜，剥离凹槽区域以外的第一超导金属薄膜，得底部电极与底部引线；
4、在形成底部电极与底部引线的硅基衬底的第一表面进行匀胶光刻制备牺牲层光刻胶结构，再刻蚀硅基衬底的第一表面的牺牲层光刻胶结构以外的区域，使底部电极与硅基衬底的第一表面齐平；在具有底部电极与底部引线和牺牲层光刻胶结构的硅基衬底的第一表面生长牺牲介质，剥离牺牲层光刻胶结构以外的牺牲介质，得牺牲层；
5、刻蚀牺牲层，使牺牲层与硅基衬底的第一表面齐平；
6、在具有牺牲层的硅基衬底的第一表面生长第二超导金属薄膜；在第二超导金属薄膜表面制备顶部电极、引线与顶部释放孔光刻胶结构后，刻蚀得到顶部电极、引线与顶部释放孔；以及
7、通过顶部释放孔去除牺牲层，得悬空机械振子。
8、根据本申请的一些实施例，采用电子束蒸发技术生长第一超导金属薄膜与第二超导金属薄膜；
9、第一超导金属薄膜与第二超导金属薄膜的材料包括：铝、铌或钽。
10、根据本申请的一些实施例，采用紫外光刻或激光直写获得底部电极与引线光刻胶结构；
11、底部电极的形状包括：圆形、方形或正六边形；
12、底部电极的直径或其内切圆直径为10-50μm。
13、根据本申请的一些实施例，底部引线为宽度大于2μm的微带线。
14、根据本申请的一些实施例，凹槽深度为190-210nm；
15、第一超导金属薄膜厚度为90-110nm；第二超导金属薄膜厚度为120-180nm；
16、凹槽深度与第一超导金属薄膜厚度的差值为80-120nm。
17、根据本申请的一些实施例，采用紫外光刻或激光直写获得牺牲层光刻胶结构，采用电子束蒸发技术生长牺牲层；牺牲介质材料包括：氧化硅；
18、牺牲层厚度为100nm-150nm。
19、根据本申请的一些实施例，采用反应离子刻蚀牺牲层，使牺牲层与硅基衬底齐平；
20、牺牲层形状包括：圆形、方形或六边形
21、牺牲层直径或其内切圆直径为20-80μm；
22、牺牲层大于底部电极。
23、根据本申请的一些实施例，采用紫外光刻或激光直写获得顶部电极、引线与顶部释放孔光刻胶结构；
24、感应耦合等离子体耦合刻蚀得到顶部电极、引线与顶部释放孔；
25、顶部电极的形状包括：圆形、方形、六边形或梅花形。
26、根据本申请的一些实施例，顶部释放孔直径大于3μm；
27、顶部电极的直径或其内切圆直径为25-100μm；
28、顶部电极大于牺牲层。
29、根据本申请的另一方面，提供一种基于自对准加工工艺的超导机械振子量子器件，通过上述的制备方法获得；
30、该超导机械振子量子器件包括：
31、硅基衬底，硅基衬底的第一表面具有一凹槽；
32、底部电极与底部引线，硅基衬底的第一表面的凹槽表面；
33、顶部电极、引线与顶部释放孔，硅基衬底的第一表面，覆盖凹槽；以及
34、悬空结构，位于底部电极与底部引线和顶部电极、引线与顶部释放孔之间，悬空结构与硅基衬底的第一表面齐平。
35、与现有技术相比，本申请至少包括如下有益效果：
36、本申请提供一种基于自对准加工工艺的超导机械振子量子器件的制备方法，通过自对准的方式，在一次光刻曝光结束后，进行刻蚀和镀膜剥离两步，同时加工了图形一致的凹槽与金属，实现消除台阶的效果。
37、本申请的基于自对准加工工艺的超导机械振子量子器件的制备方法中，无需化学机械抛光步骤，即可构建出平整悬空超导机械振子，能够有效提升机械振子的品质与良率，同时加工工艺简单、可重复性高。本申请的加工方法中，无需化学机械抛光步骤，可避免化学机械抛光的不均匀性。
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1.基于自对准加工工艺的超导机械振子量子器件的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用电子束蒸发技术生长所述第一超导金属薄膜与所述第二超导金属薄膜；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用紫外光刻或激光直写获得所述底部电极与引线光刻胶结构；
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述底部引线为宽度大于2μm的微带线。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述凹槽深度为190-210nm；
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用紫外光刻或激光直写获得所述牺牲层光刻胶结构，采用电子束蒸发技术生长所述牺牲层；所述牺牲介质材料包括：氧化硅；
7. 根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，采用反应离子刻蚀所述牺牲层，使所述牺牲层与所述硅基衬底齐平；
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用紫外光刻或激光直写获得所述顶部电极、引线与顶部释放孔光刻胶结构；
9.根据权利要求1或8所述的制备方法，其特
10.一种基于自对准加工工艺的超导机械振子量子器件，其特征在于，通过权利要求1-9中任一所述的制备方法获得；所述超导机械振子量子器件包括：
...【技术特征摘要】
1.基于自对准加工工艺的超导机械振子量子器件的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用电子束蒸发技术生长所述第一超导金属薄膜与所述第二超导金属薄膜；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用紫外光刻或激光直写获得所述底部电极与引线光刻胶结构；
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述底部引线为宽度大于2μm的微带线。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述凹槽深度为190-210nm；
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用紫外光刻或激光直...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉龙，王思涵，周经纬，陈炎霖，
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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