[发明专利]高温超导结的制备方法及其超导临界电流的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及超导器件技术领域，具体涉及一种高温超导Josephson结的制备方法及其超导临界电流的计算方法。

背景技术

超导Josephson结可以是在两块超导体之间嵌入一层很薄的绝缘层，也可以是两块超导体间形成弱连接得到。高温超导Josephson双晶结是超导Josephson结中的一种，是利用高温超导薄膜间微桥处的双晶晶界形成弱连接得到。研究表明晶界处的电流密度会比无晶界薄膜的电流密度小2～3个数量级。高温超导双晶结的噪声在高温超导Josephson结中是最低的，可以构成高灵敏低噪声高宽带的太赫兹波检测器。

超导临界电流（简称超流，约定测量温度是液氮温度77K）是超导Josephson结的一个重要参数。作为太赫兹波检测器中核心检测器件，高温超导Josephson双晶结需要选择合适的超流大小。原因一：Josephson双晶结检测太赫兹波的灵敏度与超流大小成反比，所以双晶结的超流不能过大；原因二：超流较大的Josephson双晶结，容易得到高次数的微波辐照响应台阶，也容易得到高谐波次数的混频。所有从这个角度上来讲，双晶结的超流又不宜过小。应根据实际需要，选择合适大小超流的Josephson双晶结。

然而，传统的高温超导Josephson双晶结的制备方法（如中国发明专利CN102738381A公开了一种高温超导Josephson双晶结的制备方法）在光刻过程中，晶界总是垂直于微桥的，即晶界与微桥间夹角θ始终为90°。此时Josephson结的超导临界电流计算公式为：I_c0=J_c^GB×t×w。J_c^GB为高温超导薄膜双晶晶界的临界电流密度。t为高温超导薄膜的厚度，w为微桥的宽度。J_c^GB和t是由制备出的高温超导薄膜材料决定的，w由掩膜板上的微桥图形的宽度来决定。要想调整双晶结超流I_c0，就需要改变J_c^GB、t或者w。由于高温超导薄膜材料制备工艺条件的重新设定是非常费时费力的，所以想调整Josephson双晶结超流大小一般都是改变掩膜板上的微桥图形的宽度。这就需要掩膜板的重新制作，或者增加掩膜板上的微桥图形，不仅费钱而且时间周期也长。同时，掩膜板上的不同宽度微桥图形的个数是有限的，即w的数值只能是有限的几个固定数值之一，这会导致Josephson双晶结超导临界电流的调整范围也只能是在几个离散数值之间选择。

发明内容

本发明的发明目的是解决上述不足，提供一种晶界倾斜的高温超导Josephson结的制备方法及其超导临界电流的计算方法。优势在于，想要调整高温超导Josephson结的超导临界电流大小，不需要重新制备掩模板，改变微桥宽度，只需要在光刻过程中调整晶界与掩模板上微桥图形的夹角θ，就可以精确控制制备的高温超导Josephson结的超导临界电流大小，并且调整超流的范围可以是在连续的数值范围内任意值。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种晶界倾斜的高温超导Josephson结的制备方法，高温超导Josephson结的晶界与微桥的夹角为θ，其中，0＜θ≤90^°。

上述的高温超导Josephson结的制备方法，包括如下步骤：

（1）在双晶基片上外延生长一层高温超导薄膜；

（2）热蒸发金或银电极；

（3）在薄膜上甩上一层光刻胶后烘干；

（4）在光刻过程中，使双晶晶界与掩模板上的微桥图形呈一定角度倾斜，夹角为θ；

（5）紫外线曝光；

（6）显影；

（7）离子刻蚀；

（8）去除光刻胶，制备出高温超导Josephson结。

其中，所述微桥的宽度为0.5μm~15μm，优选10μm。

其中，所述高温薄膜的厚度为50nm~500nm，优选100nm。

本发明实施例还提供一种高温超导Josephson结超导临界电流的计算方法，所述高温超导Josephson结的晶界与微桥间夹角为θ，其超导临界电流利用如下公式计算：

I_c(θ)=I_c0/(sinθ×sinθ)，0＜θ≤90^°；

其中，I_c0=J_c^GB×t×w；