本發(fā)明屬于微納加工，特別是涉及一種利用激光熱效應(yīng)誘導(dǎo)高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)的方法。

背景技術(shù)：

1、在超導(dǎo)量子器件領(lǐng)域，存在著許多制備高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)的方法，這些方法各自存在一定的缺點(diǎn)。雙晶結(jié)需要雙晶基片，成本昂貴且結(jié)的位置不能任意選擇；臺階結(jié)的質(zhì)量依賴于臺階的微觀結(jié)構(gòu)，可重復(fù)性差；臺階sns結(jié)的電子輸運(yùn)和噪聲性能不夠理想；納米線結(jié)電子輸運(yùn)和噪聲性能極易惡化；聚焦he離子束輻射結(jié)的電子輸運(yùn)性能很不穩(wěn)定。按照專利cn115148891a提供了一種高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)的制備方法，其制備得到的高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)存在成本過于昂貴的問題，這些缺點(diǎn)很大程度上限制了高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)在超導(dǎo)量子器件領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。因此，為了克服以上缺點(diǎn)，推廣高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)的應(yīng)用，需對新的制備方法提出成本較低、靈活性高、可重復(fù)性強(qiáng)、性能理想穩(wěn)定且能夠高效制備的新要求。目前，針對高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)，缺乏一種符合新要求的制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出了一種利用激光熱效應(yīng)誘導(dǎo)高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)的方法，以解決現(xiàn)有制備方法成本昂貴、靈活性差、難以重復(fù)、性能不達(dá)標(biāo)、不穩(wěn)定等問題。通過本發(fā)明的方法，能夠在單晶基片上制備高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)，從而大幅降低生產(chǎn)成本、簡化工藝的復(fù)雜程度并且能夠大量高效制備。

2、一種利用激光熱效應(yīng)誘導(dǎo)高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)的方法，包括以下步驟：在襯底表面依次制備高溫超導(dǎo)材料層和保護(hù)層，在所述保護(hù)層的表面進(jìn)行涂膠、光刻，得到涂有光刻膠的結(jié)區(qū)和涂有光刻膠的電極區(qū)，去除所述結(jié)區(qū)和電極區(qū)以外的保護(hù)層和高溫超導(dǎo)材料層，去除所述結(jié)區(qū)和電極區(qū)的光刻膠，烘干，通過激光光斑對所述結(jié)區(qū)的高溫超導(dǎo)材料層和保護(hù)層進(jìn)行逼近穿越式輻射，制備得到高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)。

3、所述激光光斑的波長為405nm，直徑為275μm，激光的功率為210-240mw，脈沖時間為100ns，點(diǎn)間延遲為5ms。

4、通過脈沖激光沉積法在所述襯底上制備高溫超導(dǎo)材料層，通過磁控濺射沉積法在所述高溫超導(dǎo)材料層上制備保護(hù)層。

5、所述襯底為氧化鋁襯底，所述高溫超導(dǎo)材料層為ybco薄膜，所述保護(hù)層為au薄膜。

6、所述ybco薄膜的厚度為100nm，所述au薄膜的厚度為30nm。

7、所述結(jié)區(qū)的長度為15μm，寬度為3μm。

8、當(dāng)ybco薄膜厚度出現(xiàn)差異時，需要調(diào)整激光功率進(jìn)行輻射，比如220mw功率的激光可以把厚度為100nm的ybco刻蝕掉，但不能把厚度為200nm的ybco刻蝕掉，所以需要加大功率才可以。即，不同厚度的ybco薄膜需要調(diào)整不同的激光功率才能被刻蝕。

9、設(shè)定激光的功率、脈沖時間和點(diǎn)間延遲這三個參數(shù)的目的是為了能夠?qū)bco刻蝕掉。比如：如果210mw的功率不足以刻蝕掉ybco，則需要增加功率直至能夠刻蝕掉ybco；如果231mw的功率、300ns的脈沖時間刻蝕之后形成結(jié)區(qū)的效果出現(xiàn)過刻蝕，但采用230mw的功率、100ns的脈沖時間卻不能刻蝕掉ybco，則需要使用230mw的功率，200ns的脈沖時間進(jìn)行刻蝕，達(dá)到刻蝕效果恰到好處的效果。

10、通過離子束刻蝕法去除所述結(jié)區(qū)和電極區(qū)以外的保護(hù)層和高溫超導(dǎo)材料層。

11、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果：

12、本發(fā)明通過采用納米尺寸的激光光斑輻射高溫超導(dǎo)體，經(jīng)過激光光斑的輻射，有效實(shí)現(xiàn)了對高溫超導(dǎo)體納米尺度熱效應(yīng)的精準(zhǔn)控制而形成勢壘，得到高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)，實(shí)現(xiàn)了對高溫超導(dǎo)體納米尺度熱效應(yīng)的精準(zhǔn)控制，成功制備出局部改性形成勢壘的高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)。該工藝簡化了制造過程，降低了生產(chǎn)成本，同時確保了所制備器件的性能穩(wěn)定性，達(dá)到了高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)及超導(dǎo)量子器件一體化研制的效果。

技術(shù)特征：

1.一種利用激光熱效應(yīng)誘導(dǎo)高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)的方法，其特征在于，包括以下步驟：在襯底表面依次制備高溫超導(dǎo)材料層和保護(hù)層，在所述保護(hù)層的表面進(jìn)行涂膠、光刻，得到涂有光刻膠的結(jié)區(qū)和涂有光刻膠的電極區(qū)，去除所述結(jié)區(qū)和電極區(qū)以外的保護(hù)層和高溫超導(dǎo)材料層，去除所述結(jié)區(qū)和電極區(qū)的光刻膠，烘干，通過激光光斑對所述結(jié)區(qū)的高溫超導(dǎo)材料層和保護(hù)層進(jìn)行逼近穿越式輻射，制備得到高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用激光熱效應(yīng)誘導(dǎo)高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)的方法，其特征在于，所述激光光斑的波長為405nm，直徑為275μm，激光的功率為220-230mw，脈沖時間為100ns，點(diǎn)間延遲為5ms。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用激光熱效應(yīng)誘導(dǎo)高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)的方法，其特征在于，通過脈沖激光沉積法在所述襯底上制備高溫超導(dǎo)材料層，通過磁控濺射沉積法在所述高溫超導(dǎo)材料層上制備保護(hù)層。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用激光熱效應(yīng)誘導(dǎo)高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)的方法，其特征在于，所述襯底為氧化鋁襯底，所述高溫超導(dǎo)材料層為ybco薄膜，所述保護(hù)層為au薄膜。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用激光熱效應(yīng)誘導(dǎo)高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)的方法，其特征在于，所述ybco薄膜的厚度為100nm，所述au薄膜的厚度為30nm。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用激光熱效應(yīng)誘導(dǎo)高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)的方法，其特征在于，所述結(jié)區(qū)的長度為15μm，寬度為3μm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用激光熱效應(yīng)誘導(dǎo)高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)的方法，其特征在于，通過離子束刻蝕法去除所述結(jié)區(qū)和電極區(qū)以外的保護(hù)層和高溫超導(dǎo)材料層。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種利用激光熱效應(yīng)誘導(dǎo)高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)的方法，屬于微納加工技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：在襯底表面依次制備高溫超導(dǎo)材料層和保護(hù)層，在所述保護(hù)層的表面進(jìn)行涂膠、光刻，得到涂有光刻膠的結(jié)區(qū)和涂有光刻膠的電極區(qū)，去除所述結(jié)區(qū)和電極區(qū)以外的保護(hù)層和高溫超導(dǎo)材料層，去除所述結(jié)區(qū)和電極區(qū)的光刻膠，烘干，通過激光光斑對所述結(jié)區(qū)的高溫超導(dǎo)材料層和保護(hù)層進(jìn)行逼近穿越式輻射，制備得到高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)。本發(fā)明通過采用納米尺寸的激光光斑輻射高溫超導(dǎo)體，經(jīng)過激光光斑的輻射，有效實(shí)現(xiàn)了對高溫超導(dǎo)體納米尺度熱效應(yīng)的精準(zhǔn)控制而形成勢壘，得到高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)，實(shí)現(xiàn)了對高溫超導(dǎo)體納米尺度熱效應(yīng)的精準(zhǔn)控制，成功制備出局部改性形成勢壘的高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)。該工藝簡化了制造過程，降低了生產(chǎn)成本，同時確保了所制備器件的性能穩(wěn)定性，達(dá)到了高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)及超導(dǎo)量子器件一體化研制的效果。

技術(shù)研發(fā)人員：林建新,王曉亮,陳恩華,李尚青,劉文仟,張超云,張文智,黃一聰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青島哈爾濱工程大學(xué)創(chuàng)新發(fā)展中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15