Al/AlOx/Al超导隧道结的制备研究

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量子计算作为一种新型的计算体系,已经证明了其具有超越经典计算机的优越性能。研究表明,有很多的物理系统有希望能够实现简单的量子计算,而约瑟夫森结系统,因其物理尺寸大,可以通过现有的微加工技术进行制备,有足够长的相干时间能够完成一定量的量子操作,而且可以很好地与读出控制电路进行耦合,实现电路的简单控制与量子态的读出等优势,成为目前各种量子计算方案中发展最快,可集成性、扩展性最好,最有可能实现的方案之一。  本论文研究了实现超导量子比特的核心元件全铝超导约瑟夫森结的制备,并对隧道结的性能进行了测试。利用微加工技术,通过光刻、刻蚀、薄膜制备等主要工艺,成功制备了Al/AlOx/Al超导隧道结。在制备工艺尤其是铝的刻蚀方面做了深入细致的研究,成功制备出了Al/AlOx/Al超导隧道结,在400 mK温度下测量了Al/AlOx/Al隧道结样品,得到了较好的隧道结I-V曲线。本文主要包括以下几个方面:  1、Al/AlOx/Al超导隧道结制备工艺的研究  研究了在高阻硅衬底上Al/AlOx/Al隧道结的制备技术,采用电子束蒸发制备两层Al,完成底层铝的电子束蒸发后,通入氧气原位氧化形成势垒层。湿法刻蚀制备底电极和上电极以及电路连线,PECVD法生长绝缘层(SiO2)保护超导隧道结,RIE刻蚀上电极窗口。  2、Al膜的刻蚀方法的研究  在结的制备过程中,我们试验比较了四种不同的方法来刻蚀铝:1.稀盐酸溶液;2.正胶显影液;3.离子铣;4.电感耦合等离子体(ICP)刻蚀。显影液溶液刻蚀铝的方法简单易行,刻蚀速率相对较快且稳定可控,可以获得较平整的刻蚀表面和相对陡峭的边缘。因此我们选择显影液湿法腐蚀作为刻蚀电极以及上电极结区周围铝膜的方法。  3、Al/AlOx/Al超导隧道结特性的测量  在400mK温度下测量了Al/AlOx/Al隧道结样品,得到了较好的隧道结I-V曲线,能隙电压Vg为0.35mV,超导临界电流Ic为55nA,漏电流为5nA。
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