[发明专利]高温超导薄膜纳米桥结制备方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及高温超导领域，更特别地，涉及一种制备高温超导薄膜纳米桥结的方法。

背景技术

超导约瑟芬森结(Josephson junction)是两块超导体之间存在弱耦合形成的一种结型结构器件。常见的超导约瑟芬森结有很多种结构，例如包括点接触结(point contact)、交叉电极结(junction with crossed electrodes)、边缘结(edge junction)、纳米桥结(nanobridge junction)、孪晶界结(bicrystal grain boundary junction)、以及本征结(intrinsic Josephson junction)等。纳米桥结属于平面结的一种，相对其他结构来说制备工艺简单，成本较低，可以用于高频信号检测、SQUID应用等。

纳米桥结是高温超导材料的几种弱连接结之一，是利用超导体/普通金属/超导体(SNS)结构形成约瑟芬森结。一般纳米桥结制备工艺包含以下步骤：(1)利用脉冲激光沉积(PLD)或磁控溅射方式在衬底上生长超导薄膜，例如铁基超导薄膜；(2)利用标准光刻技术和氩离子刻蚀形成桥结结构；(3)以及利用聚焦离子束刻蚀技术对桥结进行精修，以形成宽度小于1微米的纳米桥结构。以上工艺利用光刻和离子刻蚀手段，工序复杂，且光刻胶清洗过程容易对薄膜造成不良影响，影响器件性能的均匀性。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种制备高温超导薄膜纳米桥结的方法，其能够避免使用复杂的光刻和蚀刻技术来构造超导结形状，降低了制备超导纳米桥结的时间和成本，同时还能保持超导纳米桥结的高性能。

本发明一示例性实施例提供一种制备高温超导薄膜纳米桥结的方法，包括：提供掩模板，所述掩模板具有用于定义将要形成的高温超导薄膜纳米桥结的形状的开口图案；用所述掩模板覆盖衬底；在所述掩模板上沉积高温超导材料的薄膜；移除所述掩模板，从而得到形成在所述衬底上的、具有所述掩模板的开口图案定义的形状的高温超导薄膜纳米桥结；以及对所述高温超导薄膜纳米桥结进行微加工处理以获得所需的桥宽度。

在一些示例中，所述掩模板由金属例如不锈钢、钼铜和钽制成。

在一些示例中，所述掩模板的厚度在0.02mm至1mm的范围。

在一些示例中，所述掩模板还具有多个用于固定所述掩模板的孔洞。

在一些示例中，所述衬底设置在沉积样品台上，所述掩模板覆盖在所述衬底上并且通过所述孔洞由螺栓固定到所述沉积样品台上。

在一些示例中，用所述掩模板覆盖衬底的步骤包括：使所述掩模板直接接触所述衬底；或者使得所述掩模板与所述衬底之间间隔开一距离。

在一些示例中，在所述掩模板上沉积高温超导材料的薄膜的步骤还包括在所述高温超导材料的薄膜上沉积金属保护层。

在一些示例中，对所述高温超导薄膜纳米桥结进行微加工处理包括用聚焦离子束来蚀刻所述高温超导薄膜纳米桥结。

在一些示例中，所述聚焦离子束利用扫描电子显微镜图像定位到所述高温超导薄膜纳米桥结上的需要被蚀刻的位置处。

在一些示例中，所述桥宽度在1nm至1μm的范围。

本发明的上述和其他特征和优点将从下面对示例性实施例的描述变得显而易见。

附图说明

图1示出根据本发明一示例性实施例的制备高温超导薄膜纳米桥结的方法的流程图；

图2示出根据本发明一示例性实施例的掩模板的结构示意图；以及

图3示出根据本发明一示例性实施例的方法所制备的高温超导材料纳米桥结的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图来描述本发明的示例性实施例。

图1示出根据本发明一示例性实施例的制备高温超导薄膜纳米桥结的方法100的流程图。如图1所述，方法100可始于步骤S110，提供掩模板101。图2示出了掩模板101的一示例。

掩模板101可具有矩形或正方形板状结构，当然也可以具有其他形状，例如圆形等。掩模板101上可形成用各种开口图案，以用于定义将要形成的高温超导薄膜纳米桥结的形状。开口图案的数量和形状不受特殊限制，可根据需要而变化。例如，在图2的示例中，掩模板101上具有两个开口图案102，每个开口图案包括彼此相对的两个较大矩形部、以及连接在这两个较大矩形部之间的较窄桥部。较大矩形部也可以为其他形状的图案，例如圆形、椭圆形等。掩模板101上还可以形成有多个孔洞103，以用于固定掩模板101，其将在下面进一步详细描述。