以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0049]請參閱圖2?圖14。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。
[0050]本發(fā)明提供一種氮化鈮(NbN，超導材料)薄膜的制備方法，至少包括:
[0〇51 ]提供一襯底。
[0052]具體地，所述襯底包括:硅襯底、氧化鎂襯底或藍寶石襯底。在本實施例中，為了制備高質(zhì)量的氮化鈮薄膜，所述襯底優(yōu)選為(200)晶向的氧化鎂襯底。
[0053]在所述襯底上采用直流磁控濺射的方式外延生長氮化鈮薄膜。
[0054]具體地，在真空腔室內(nèi)通過直流磁控濺射氮化鈮材料，以形成所述氮化鈮薄膜。所述氮化鈮薄膜的制備條件如下:壓強為0.25pa、電流為2.2A?5.5A、氬氣和氮氣成分比為30:4?30:8。在本實施例中，腔室壓強設(shè)定為0.25pa，電流設(shè)定為5.5A，反應(yīng)氣氛為成分比為30:8的氬氣和氮氣，在(200)晶向的氧化鎂襯底上生長一層與所述氧化鎂襯底晶向相同的氮化鈮薄膜。
[0055]如圖2所示，實線為所述氮化鈮薄膜的X射線衍射圖譜，由圖2可知，單層氮化鈮薄膜為(200)晶向外延生長，所以采用本發(fā)明的方法制備的單層氮化鈮薄膜具有較大的超導相干長度和較短的磁場穿透深度，有利于制備SQUID器件。如圖3所示是氮化鈮薄膜的電阻-溫度特性，其中小圖為溫度在O?300K之間的電阻-溫度特性圖，大圖為溫度在16?18K之間的電阻-溫度局部放大特性圖，由圖3可知，氮化鈮薄膜的超導臨界轉(zhuǎn)變溫度可以達到16.7K，所以由氮化鈮薄膜制備的SQUID器件的工作溫度可達8?1K。
[0056]如圖4?圖10所示，本發(fā)明提供一種SQUID器件的制備方法，所述SQUID器件的制備方法至少包括:
[0057]步驟S1:提供一襯底21，于所述襯底21上采用磁控濺射方式依次外延生長第一氮化鈮材料層22、第一絕緣材料層23、第二氮化鈮材料層24的三層薄膜結(jié)構(gòu)。
[0058]具體地，本發(fā)明采用生長薄膜的多腔體磁控濺射系統(tǒng)作為發(fā)生裝置，所述第一氮化鈮材料層22、所述第一絕緣材料層23及所述氮化鈮材料層24可以在不破壞真空環(huán)境的情況下分別在不同的腔室生長。
[0059]更具體地，如圖4所示，提供一襯底21，所述襯底21包括:硅襯底、氧化鎂襯底或藍寶石襯底。在本實施例中，為了制備高質(zhì)量的氮化鈮薄膜，所述襯底21優(yōu)選為(200)晶向的氧化鎂襯底。將所述襯底21放置在第一真空腔室中，通過直流磁控在所述襯底21上濺射氮化鈮材料，以形成所述第一氮化鈮材料層22，所述第一氮化鈮材料層22的制備條件如下:壓強為0.25pa、電流為2.2A?5.5A、氬氣和氮氣成分比為30:4?30: 8。在本實施例中，腔室壓強設(shè)定為0.25pa，電流設(shè)定為5.5A，反應(yīng)氣氛為成分比為30:8的氬氣和氮氣，在(200)晶向的氧化鎂襯底上生長一層與所述氧化鎂襯底晶向相同的氮化鈮材料層。
[0060]更具體地，然后將所述襯底21及所述第一氮化鈮材料層22轉(zhuǎn)移到第二真空腔室中，由于所述第一腔室與所述第二腔室位于同一系統(tǒng)內(nèi)，轉(zhuǎn)移過程不破壞真空環(huán)境;通過直流磁控在所述第一氮化鈮材料層22上濺射絕緣材料，以形成所述第一絕緣材料層23，所述第一絕緣材料層23的制備條件如下:壓強為0.5pa、電流為0.2A?0.5A、氬氣和氮氣成分比為0:30?5:30。所述第一絕緣材料層23的材質(zhì)為氮化鋁、氧化鋁或氧化鎂，最優(yōu)選擇為氮化鋁。在本實施例中，腔室壓強設(shè)定為0.5pa，電流設(shè)定為0.38A，反應(yīng)氣氛為成分比為0:30的氬氣和氮氣，在(200)晶向的第一氮化鈮材料層22上生長一層與所述第一氮化鈮材料層22晶向相同的氮化鋁材料層。所述氮化鋁材料層的厚度為1.2nm?2.4nm，在本實施例中，所述氮化鋁材料層的厚度僅有2nm，本發(fā)明通過控制氮化鋁材料的生長速率不大于0.05nm/s，來控制氮化鋁材料層的厚度。為了得到厚度較薄的氮化鋁材料層，需要所述第一氮化鈮材料層22的粗糙度低，采用本發(fā)明的方法制備的所述第一氮化鈮材料層22的粗糙度不大于0.5nm，在本實施例中，測量得到粗糙度僅為0.3nm。
[0061]更具體地，然后將所述襯底21、所述第一氮化鈮材料層22及所述第一絕緣材料層23轉(zhuǎn)移到所述第一真空腔室中，由于所述第一腔室與所述第二腔室位于同一系統(tǒng)內(nèi)，轉(zhuǎn)移過程不破壞真空環(huán)境;通過直流磁控在所述第一絕緣材料層23上濺射氮化鈮材料，以形成所述第二氮化鈮材料層24，所述第二氮化鈮材料層24的制備條件與所述第一氮化鈮材料層22的制備條件選用相同的參數(shù)范圍。在本實施例中，腔室壓強設(shè)定為0.25pa，電流設(shè)定為5.5A，反應(yīng)氣氛為成分比為30:8的氬氣和氮氣，在(200)晶向的第一絕緣材料層23上生長一層與所述第一絕緣材料層23晶向相同的氮化鈮材料層。
[0062]如圖2所示，虛線為所述第一氮化鈮材料層22、所述第一絕緣材料層23、所述第二氮化鈮材料層24的三層薄膜結(jié)構(gòu)的X射線衍射圖譜，由圖2可以看出單層氮化鈮薄膜和所述第一氮化鈮材料層22、所述第一絕緣材料層23、所述第二氮化鈮材料層24的三層薄膜結(jié)構(gòu)僅有的一個峰位是40.46°的氮化鈮(200)峰(注:其他兩個峰是襯底的峰)，而且單層氮化鈮膜和所述第一氮化鈮材料層22、所述第一絕緣材料層23、所述第二氮化鈮材料層24的三層薄膜結(jié)構(gòu)的X射線顏色圖譜的形狀基本上完全一樣，所以可以判斷單層氮化鈮薄膜和所述第一氮化鈮材料層22、所述第一絕緣材料層23、所述第二氮化鈮材料層24的三層薄膜結(jié)構(gòu)是一個外延生長的結(jié)構(gòu)。所述第一氮化鈮材料層22、所述第一絕緣材料層23、所述第二氮化鈮材料層24的三層薄膜結(jié)構(gòu)的性能和它的晶格結(jié)構(gòu)有大的關(guān)系，在本實施例中，所述第一氮化鈮材料層22、所述第一絕緣材料層23及所述第二氮化鈮材料層24的晶格結(jié)構(gòu)均采用外延生長，外延生長的所述第一氮化鈮材料層22、所述第一絕緣材料層23及所述第二氮化鈮材料層24的三層薄膜結(jié)構(gòu)相比多晶結(jié)構(gòu)的薄膜具有較大的超導相干長度和較短的磁場穿透深度，有利于SQUID器件的制備。如圖5所示為所述第一氮化鈮材料層22、所述第一絕緣材料層23、所述第二氮化鈮材料層24的三層薄膜結(jié)構(gòu)的橫截面透射電子顯微鏡圖，從圖5也可以看出所述第一氮化鈮材料層22、所述第一絕緣材料層23、所述第二氮化鈮材料層24的三層薄膜結(jié)構(gòu)以方形晶格的方式排列，從另一方面證實了單層氮化鈮薄膜及所述第一氮化鈮材料層22、所述第一絕緣材料層23、所述第二氮化鈮材料層24的三層薄膜結(jié)構(gòu)是一個外延生長的結(jié)構(gòu)。
[0063]步驟S2:刻蝕所述第一氮化鈮材料層22、所述第一絕緣材料層23、所述第二氮化鈮材料層24的三層薄膜結(jié)構(gòu)，以形成底電極圖形。
[0064]具體地，如圖6所示，利用微加工工藝刻蝕出底電極圖形，所述微加工工藝包括但不限于光刻和刻蝕。所述第一氮化鈮材料層22作為底電極，通過刻蝕在需要制備SQUID器件的位置保留所述第一氮化鈮材料層22、所述第一絕緣材料層23、所述第二氮化鈮材料層24的三層薄膜結(jié)構(gòu);不需要制備SQUID器件的位置去除所述第一氮化鈮材料層22、所述第一絕緣材料層23、所述第二氮化鈮材料層24的三層薄膜結(jié)構(gòu)，形成底電極圖形，在本實施例中為環(huán)形結(jié)構(gòu)。
[0065]步驟S3:刻蝕所述第二氮化鈮材料層24以形成約瑟夫森結(jié)。
[0066]具體地，如圖7所示，利用微加工工藝刻蝕出約瑟夫森結(jié)，所述微加工工藝包括但不限于光刻和刻蝕。所述約瑟夫森結(jié)包括由所述第一氮化鈮材料層22構(gòu)成的底電極，由所述第一絕緣材料層23構(gòu)成的絕緣層，以及由所述第二氮化鈮材料層24構(gòu)成的對電極。
[0067]步驟S4:在露出的所述第一絕緣材料層23及所述襯底21上形成第二絕緣材料層2