量子信息科学作为一个新兴的交叉学科，吸引了大量的各个领域的研究者参与。量子计算作为一种新型的计算体系，已经证明了具有超越传统计算机的优越性能。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，由于其具有优良的可扩展性、系统可控性，可能的足够长的相位相干时间，成熟的制备工艺等优势，成为各种量子计算方案中发展最快，可集成性最好，潜力最大的方案之一。利用包含单个或两个超导约瑟夫森结的超导环可以制备SQUID，与一个超导结一起实现超导磁通量子比特。超导约瑟夫森结是实现超导量子比特的核心元件。　　我们在国内率先进行了利用Al/Al2O3/Al(铝/氧化铝/铝)超导约瑟夫森隧道结构成超导量子比特的研究。本论文利用悬空掩膜斜蒸发的工艺方法，制备Al/Al2O3/Al超导隧道结，并且在制备工艺及控制其特性方面做了深入细致的研究工作，取得了一定的科研成果。本篇论文的工作主要包括以下三个方面:　　1、铝薄膜的制备工艺研究　　制备高质量的铝超导隧道结，首先要制备表面平整的铝薄膜。薄膜的表面平整度对势垒层质量的关系极大，如果表面不平整容易造成势垒层漏洞，导致结的漏电流增大。本文讨论并解决了电子束蒸发过程中遇到的问题，如铝材料的蒸发难控制、电子枪跳电及电子束聚焦不好。通过控制蒸发速率来提高薄膜的平整度。并测量了薄膜的超导转变温度Tc和临界电流密度Jc，分析了薄膜的表面平整度。实验中制备出的Al薄膜Tc为1.185K，Jc约为105A/cm2。高质量的铝薄膜的制备，为制各铝超导隧道结打下了坚实基础。　　2、研究铝隧道结参数特性与势垒层形成条件的关系　　在隧道结的制备中势垒层的制备最为关键，势垒层决定了超导电流密度Jc、势垒能隙电压Vg、漏电流Ib等重要参数。通过研究铝隧道结面积的控制、减小结区周长与面积比、以及对氧化工艺的改进等方法，来对制备铝超导隧道结的工艺过程进行优化，以获得更小面积的铝隧道结，更小的漏电流。另一方面，为了得到满足量子比特所需参数的隧道结，深入研究了铝超导隧道结的临界电流密度Jc和Rc(正常态电阻RN与结面积的乘积)与势垒层生长条件的关系，通过改变势垒层生长的氧分压与氧化时间来控制铝超导隧道结的Jc和Rc，以使此工艺所制备的铝隧道结漏电流小，结参数易于控制，满足制备超导量子比特的要求。　　3、制备出高质量小面积铝超导隧道结　　在制备出高质量铝薄膜并较好的控制势垒层的基础上，制备出面积为1～2μm2的铝超导隧道结，其漏电流可以控制在5％以下，最小达到0.6％，超导电流密度可达100 A/cm2左右，达到构建量子超导比特的要求。　　本文利用双层光刻胶构成悬空掩模，用电子束斜蒸发的方法制备Al/Al2O3/Al隧道结，实验中所制备的小面积、漏电低的铝隧道结，达到构建量子超导比特的要求。