5。
[0068]具體地，如圖8所示，所述第二絕緣材料層25的材質(zhì)為氧化硅或二氧化硅。在本實施例中，所述第二絕緣材料層25的材質(zhì)為氧化硅，在后續(xù)步驟中，用于隔離所述約瑟夫森結(jié)的頂電極和底電極，防止其互聯(lián)。
[0069]步驟S5:在所述第二絕緣材料層25上制備旁路電阻26。
[0070]具體地，如圖9所示，利用微加工工藝在所述第二絕緣材料層25上制備SQUID器件的旁路電阻26，所述旁路電阻26為金屬薄膜，包括但不限于銅、鋁。
[0071]步驟S6:沉積第三氮化鈮材料層27，并刻蝕所述第三氮化鈮材料層27以露出所述旁路電阻26，以形成頂電極。
[0072]具體地，如圖10所示，在步驟S5制備的結(jié)構(gòu)表面沉積所述第三氮化鈮材料層27，作為配線層，并通過刻蝕露出所述旁路電阻26。
[0073]如圖10?圖11所示，本發(fā)明提供一種SQUID器件，采用上述方法制備，所述SQUID器件至少包括:
[0074]襯底21，制備于所述襯底上的超導(dǎo)環(huán)28，制備于所述襯底21上并嵌于所述超導(dǎo)環(huán)28的環(huán)路上的約瑟夫森結(jié)29，所述約瑟夫森結(jié)29包括底電極22、絕緣材料層23和對電極24;其中，所述超導(dǎo)環(huán)28、所述底電極22和所述對電極24的材質(zhì)為氮化鈮。所述襯底21為(200)晶向的氧化鎂襯底。所述絕緣材料層23的材質(zhì)為氮化鋁或氧化鋁，在本實施例中，優(yōu)選為氮化招。
[0075]如圖12所示為所述約瑟夫森結(jié)29的電流電壓特性曲線，在本實施例中，所述約瑟夫森結(jié)29的面積為8um*8um。從電流電壓特性曲線中可以看出所述約瑟夫森結(jié)29的臨界電流密度大約為40A/cm2，品質(zhì)因子大于20，完全滿足制備SQUID的條件。
[0076]如圖13所示為所述SQUID器件2的磁場調(diào)制曲線，由圖11可知，電壓隨磁通呈現(xiàn)周期變化。
[0077]如圖14所示為所述SQUID器件2的磁通噪聲曲線，其白噪聲達(dá)到μΦο/Ηζ1/2量級，與基于Nb約瑟夫森結(jié)的SQUID器件的噪聲相當(dāng)。
[0078]如上所述，本發(fā)明的氮化鈮薄膜的制備方法、SQUID器件及其制備方法，具有以下有益效果:
[0079]本發(fā)明提供一種制備高質(zhì)量氮化鈮薄膜的方法，并在此基礎(chǔ)上制備出基于氮化鈮/氮化鋁/氮化鈮約瑟夫森結(jié)的SQUID器件，通過采用氮化鈮材料提高SQUID器件的工作溫度，使得SQUID器件可以在高于4.2Κ的溫度下工作，降低了超導(dǎo)SQUID器件的制冷成本。
[0080]綜上所述，本發(fā)明提供一種氮化鈮薄膜的制備方法，包括:提供一襯底，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。還提供一種SQUID器件的制備方法，包括:在襯底上采用磁控濺射方式依次外延生長第一氮化鈮材料層、第一絕緣材料層、第二氮化鈮材料層的三層薄膜結(jié)構(gòu);刻蝕所述第一氮化鈮材料層、所述第一絕緣材料層、所述第二氮化鈮材料層的三層薄膜結(jié)構(gòu)，以形成底電極圖形;刻蝕所述第二氮化鈮材料層以形成約瑟夫森結(jié);在露出的所述第一絕緣材料層及所述襯底上形成第二絕緣材料層;在所述第二絕緣材料層上制備旁路電阻;沉積第三氮化鈮材料層，并刻蝕所述第三氮化鈮材料層以露出所述旁路電阻，以形成頂電極。該SQUID器件包括:襯底，制備于所述襯底上的超導(dǎo)環(huán)，制備于所述襯底上并嵌于所述超導(dǎo)環(huán)的環(huán)路上的約瑟夫森結(jié)，所述約瑟夫森結(jié)包括底電極、絕緣材料層和對電極;其中，所述超導(dǎo)環(huán)、所述底電極和所述對電極的材質(zhì)為氮化鈮。本發(fā)明提供一種制備高質(zhì)量氮化鈮薄膜的方法，并在此基礎(chǔ)上制備出基于氮化鈮/氮化鋁/氮化鈮約瑟夫森結(jié)的SQUID器件，通過采用氮化鈮材料提高SQUID器件的工作溫度，使得SQUID器件可以在高于4.2Κ的溫度下工作，降低了超導(dǎo)SQUID器件的制冷成本。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0081]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項】
1.一種氮化鈮薄膜的制備方法，其特征在于，所述氮化鈮薄膜的制備方法至少包括:提供一襯底，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。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鈮薄膜的制備方法，其特征在于:所述襯底為(200)晶向的氧化鎂襯底。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鈮薄膜的制備方法，其特征在于:所述氮化鈮薄膜的制備條件如下:壓強(qiáng)為0.25pa、電流為2.2A?5.5A、氬氣和氮氣成分比為30:4?30: 8。4.一種SQUID器件的制備方法，其特征在于，所述SQUID器件的制備方法至少包括: 步驟SI:提供一襯底，于所述襯底上采用磁控濺射方式依次外延生長第一氮化鈮材料層、第一絕緣材料層、第二氮化鈮材料層的三層薄膜結(jié)構(gòu)； 步驟S2:刻蝕所述第一氮化鈮材料層、所述第一絕緣材料層、所述第二氮化鈮材料層的三層薄膜結(jié)構(gòu)，以形成底電極圖形； 步驟S3:刻蝕所述第二氮化鈮材料層以形成約瑟夫森結(jié)； 步驟S4:在露出的所述第一絕緣材料層及所述襯底上形成第二絕緣材料層； 步驟S5:在所述第二絕緣材料層上制備旁路電阻； 步驟S6:沉積第三氮化鈮材料層，并刻蝕所述第三氮化鈮材料層以露出所述旁路電阻，以形成頂電極。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的SQUID器件的制備方法，其特征在于:所述襯底包括硅襯底、氧化鎂襯底或藍(lán)寶石襯底。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的SQUID器件的制備方法，其特征在于:所述氧化鎂襯底的晶向為(200)。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的SQUID器件的制備方法，其特征在于:采用直流濺射方式在壓強(qiáng)為0.25pa、電流為2.2A?5.5A、氬氣和氮氣成分比為30:4?30:8的條件下制備所述第一氮化鈮材料層及所述第二氮化鈮材料層。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的SQUID器件的制備方法，其特征在于:采用直流濺射方式在壓強(qiáng)為0.5pa、電流為0.2A?0.5A、氬氣和氮氣成分比為0:30?5:30的條件下制備所述第一絕緣材料層。9.根據(jù)權(quán)利要求4或8所述的SQUID器件的制備方法，其特征在于:所述第一絕緣材料層的材質(zhì)為氮化鋁、氧化鋁或氧化鎂。10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的SQUID器件的制備方法，其特征在于:所述第二絕緣材料層的材質(zhì)為氧化硅或二氧化硅。11.一種SQUID器件，采用如權(quán)利要求4?10任意一項所述的方法制備，其特征在于，所述SQUID器件包括: 襯底，制備于所述襯底上的超導(dǎo)環(huán)，制備于所述襯底上并嵌于所述超導(dǎo)環(huán)的環(huán)路上的約瑟夫森結(jié)，所述約瑟夫森結(jié)包括底電極、絕緣材料層和對電極;其中，所述超導(dǎo)環(huán)、所述底電極和所述對電極的材質(zhì)為氮化鈮。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種氮化鈮薄膜的制備方法、SQUID器件及其制備方法，包括：在襯底上采用磁控濺射方式依次外延生長第一氮化鈮材料層、第一絕緣材料層、第二氮化鈮材料層的三層薄膜結(jié)構(gòu)；通過刻蝕形成底電極圖形；形成約瑟夫森結(jié)；沉積第二絕緣材料層；制備旁路電阻；沉積第三氮化鈮材料層，并形成頂電極。該SQUID器件包括：襯底，制備于所述襯底上的超導(dǎo)環(huán)，制備于所述襯底上并嵌于所述超導(dǎo)環(huán)的環(huán)路上的約瑟夫森結(jié)，所述約瑟夫森結(jié)包括底電極、絕緣材料層和對電極。本發(fā)明提供一種制備高質(zhì)量氮化鈮薄膜的方法，并在此基礎(chǔ)上制備出基于氮化鈮/氮化鋁/氮化鈮約瑟夫森結(jié)的SQUID器件，使得SQUID器件可以在高于4.2K的溫度下工作，降低了超導(dǎo)SQUID器件的制冷成本。
【IPC分類】H01L39/22, H01L39/24, H01L39/12
【公開號】CN105449094
【申請?zhí)枴緾N201511018443
【發(fā)明人】劉全勝, 王會武, 張棲瑜, 應(yīng)利良, 王鎮(zhèn)
【申請人】中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月29日