[发明专利]基于NbN约瑟夫森结的超导量子比特结构及其制备方法

权利要求书

1.一种基于NbN约瑟夫森结的超导量子比特结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一衬底，并于所述衬底上形成缓冲层；

于所述缓冲层上形成功能材料层，所述功能材料层包括向上层叠的NbN底层膜、TaN势垒层及NbN顶层膜；

刻蚀所述功能材料层以形成包括谐振器、电容器、第一约瑟夫森结及第二约瑟夫森结的功能层，并形成覆盖所述功能层的显露表面及所述衬底的上表面的隔离层；

减薄所述隔离层以显露出所述第一约瑟夫森结及所述第二约瑟夫森结的上表面，并于所述隔离层中形成第一接触孔及第二接触孔，且所述第一接触孔的底部显露出所述电容器，所述第二接触孔的底部显露出所述谐振器；

形成第一配线部与第二配线部于所述隔离层上，所述第一配线部与所述第一约瑟夫森结的上表面接触并填充进所述第一接触孔以与所述电容器电连接，所述第二配线部与所述第二约瑟夫森结的上表面接触并填充进所述第二接触孔以与所述谐振器电连接。

2.根据权利要求1所述的基于NbN约瑟夫森结的超导量子比特结构的制备方法，其特征在于：所述衬底包括硅衬底，所述衬底的电阻率高于20kΩ·cm。

3.根据权利要求1所述的基于NbN约瑟夫森结的超导量子比特结构的制备方法，其特征在于：所述缓冲层的材质包括TiN，所述缓冲层的厚度范围是40nm～60nm。

4.根据权利要求1所述的基于NbN约瑟夫森结的超导量子比特结构的制备方法，其特征在于：形成所述缓冲层的方法包括直流反应磁控溅射法。

5.根据权利要求1所述的基于NbN约瑟夫森结的超导量子比特结构的制备方法，其特征在于：所述第一约瑟夫森结与所述第二约瑟夫森结共用底电极，且所述第一约瑟夫森结还包括位于所述底电极上且向上层叠的第一结势垒层及第一顶电极，所述第二约瑟夫森结还包括位于所述底电极上且向上层叠的第二结势垒层及第二顶电极。

6.根据权利要求5所述的基于NbN约瑟夫森结的超导量子比特的制备方法，其特征在于：所述TaN势垒层中，N元素的原子占比高于Ta元素的原子占比。

7.根据权利要求1所述的基于NbN约瑟夫森结的超导量子比特结构的制备方法，其特征在于：所述第一配线部与所述第二配线部的材质包括NbN，且所述第一配线部与所述第二配线部的厚度范围是250nm～350nm。

8.一种基于NbN约瑟夫森结的超导量子比特结构，其特征在于，包括：

衬底；

缓冲层，位于所述衬底的上表面；

功能层，位于所述缓冲层的上表面且包括间隔设置的电容器、第一约瑟夫森结、第二约瑟夫森结及谐振器；

隔离层，填充所述功能层中所述谐振器、所述电容器、所述第一约瑟夫森结及所述第二约瑟夫森结之间的间隙并覆盖所述谐振器与所述电容器的显露表面及所述衬底的上表面，且所述隔离层中设有第一接触孔及第二接触孔。

第一配线部及第二配线部，所述第一配线部填充于所述第一接触孔并与所述第一约瑟夫森结的上表面接触，所述第二配线部填充于所述第二接触孔并与所述第二约瑟夫森结的上表面接触。

9.根据权利要求8所述的基于NbN约瑟夫森结的超导量子比特结构，其特征在于：所述第一约瑟夫森结与所述第二约瑟夫森结共用底电极，且所述第一约瑟夫森结还包括位于所述底电极上且向上层叠的第一结势垒层及第一顶电极，所述第二约瑟夫森结还包括位于所述底电极上且向上层叠的第二结势垒层及第二顶电极。

10.根据权利要求9所述的基于NbN约瑟夫森结的超导量子比特结构，其特征在于：所述衬底包括硅衬底，所述缓冲层的材质包括TiN。