[发明专利]一种满足大晶圆尺寸的约瑟夫森结、制备方法和用途

权利要求书

1.一种满足大晶圆尺寸的约瑟夫森结的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括：

在衬底上制备Ta（110）膜，光刻制备超导电路结构，掩膜光刻形成下电极Ta（110）层，下电极Ta（110）层表面制备Ta₂O₅氧化层作为中间层，掩膜光刻形成上电极Ta（110）层，制备得到所述的约瑟夫森结；

所述上电极Ta（110）层的制备方法包括：预先在Ta₂O₅氧化层的表面制备Nb（110）种子层，在Nb（110）种子层表面制备上电极Ta（110）层；

所述Nb（110）种子层的制备温度为20~200℃，所述Nb（110）种子层的厚度为5~20nm；所述上电极Ta（110）层的制备温度为20~200℃。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Ta（110）膜的超导电路结构和下电极Ta（110）层通过掩膜光刻分步成型；或，所述Ta（110）膜的超导电路结构和下电极Ta（110）层通过掩膜光刻一体成型。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述衬底包括Si衬底或蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底包括A面蓝宝石衬底、C面蓝宝石衬底、R面蓝宝石衬底或M面蓝宝石衬底。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Ta（110）膜的制备方式包括磁控溅射法、分子束外延法、激光脉冲沉积或电子束蒸发法中的一种或至少两种的组合；

所述下电极Ta（110）层的制备方式包括磁控溅射法、分子束外延法、激光脉冲沉积或电子束蒸发法中的一种或至少两种的组合；

所述上电极Ta（110）层的制备方式包括磁控溅射法、分子束外延法、激光脉冲沉积或电子束蒸发法中的一种或至少两种的组合。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述Ta（110）膜和下电极Ta（110）层为掩膜光刻一体成型，均通过磁控溅射法在C面蓝宝石衬底上生长得到；

所述磁控溅射的生长温度为300~600℃，直流功率≥50W，工作压强≥5mTorr。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Ta₂O₅氧化层的制备方式包括氧化法或沉积法，所述氧化法包括准原位高温热氧化方法和/或低温湿法氧化，所述沉积法包括磁控溅射沉积法和/或原子层沉积法。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述Ta₂O₅氧化层采用食人鱼溶液对下电极Ta（110）层浸泡进行低温湿法氧化制备得到。

8.一种满足大晶圆尺寸的约瑟夫森结，其特征在于，所述约瑟夫森结通过权利要求1-7任一项所述的约瑟夫森结的制备方法制备得到，所述约瑟夫森结包括依次叠层设置的下电极Ta（110）层、Ta₂O₅氧化层和上电极Ta（110）层，所述下电极Ta（110）层和上电极Ta（110）层的晶体取向均为Ta（110）。

9.一种权利要求8所述满足大晶圆尺寸的约瑟夫森结的用途，其特征在于，所述约瑟夫森结用于超导芯片领域。