一种约瑟夫森参量放大器及其制备方法与流程

本发明涉及放大器设计制备领域，特别是涉及一种约瑟夫森参量放大器及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，量子科学已经取得快速的进步和发展，实用化的量子技术必将在未来改变世界中发挥重要作用。超导微波量子技术以其低噪声、物理电路简单、调控手段灵活、耦合集成方便等优点而备受关注，以超导量子电路为基础的超导量子计算机也被认为是一种最有潜力的量子计算机。超导参量放大器是一种可实现接近量子极限噪声性能的非线性放大器件，有利于提高超导量子比特的读取保真度和准确度，是开展超导微波量子测控技术的必备器件。

2、约瑟夫森参量放大器是由约瑟夫森结和超导电路构成的非线性混频器件。目前发展较好的约瑟夫森参量放大器一般由平面超导电路形成的阻抗匹配电路或信号输入输出电路、平行平板电容和超导量子干涉器件构成的lc谐振器。目前，平行平板电容多采用昂贵的等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition，pecvd)设备生长介质层，而且生长的介质层通常会存在一定的缺陷，影响参量放大器的性能，另外，该pecvd方法对微加工制备工艺要求较高，需要经过多次光刻和刻蚀工艺，也影响器件的制备效率和成本。

3、因此，寻求一种高性能约瑟夫森参量放大器及其制备方法是本领域技术人员亟需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种约瑟夫森参量放大器及其制备方法，以解决平板电容介质层的生长缺陷会影响参量放大器性能，且影响放大器的制备效率和成本的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种约瑟夫森参量放大器制备方法，包括：

3、提供一衬底；

4、于所述衬底表面制备第一超导薄膜；

5、于所述第一超导薄膜上通过光刻和刻蚀工艺制备底层超导电路结构；

6、将预先解理得到的二维介质材料片与所述底层超导电路结构中的平板电容下极板及所述平板电容下极板周围的接地平面贴合；

7、于所述二维介质材料片上光刻制备平板电容上极板图形，并生长第二超导薄膜，剥离形成所述平板电容上极板；

8、于所述底层超导电路结构中的平板电容输出端口与接地平面之间的空隙处光刻制备悬空桥图形和环形超导电路图形，并通过双角度电子束蒸发工艺和剥离工艺制备超导量子干涉仪。

9、优选地，所述底层超导电路结构包括信号输入输出线、所述接地平面、共面波导传输线、所述平板电容下极板、平板电容输出端口和泵浦信号线；

10、所述信号输入输出线位于所述衬底表面的一端；所述信号输入输出线与所述共面波导传输线的输入端口相连；所述共面波导传输线的输出端口与所述平板电容下极板相连，所述平板电容下极板与所述平板电容输出端口相连，所述泵浦信号线位于所述衬底表面的另一端，所述泵浦信号线的一端与所述接地平面连接。

11、优选地，所述二维介质材料片通过解理二维单晶介质材料得到。

12、优选地，所述将预先解理得到的二维介质材料片与所述底层超导电路结构中的平板电容下极板及所述平板电容下极板周围的接地平面贴合，包括：

13、将所述二维介质材料片粘贴至聚二甲基硅氧烷pdms表面；

14、将置于pdms表面的二维介质材料片与所述平板电容下极板和所述平板电容下极板周围的接地平面进行对准，使其贴合，加热升温使pdms固化，去除pdms。

15、优选地，采用双层胶光刻工艺，制备所述平板电容上极板图形。

16、优选地，所述制备超导量子干涉仪，包括：

17、于所述平板电容输出端口与所述接地平面之间的空隙处，采用光刻工艺制备所述悬空桥图形和所述环形超导电路图形；

18、将整个样品送入电子束蒸发室，改变样品倾斜角度，蒸镀第一层铝膜；

19、将所述整个样品送入氧化腔，氧化得到约瑟夫森铝结中间势垒层；

20、将所述整个样品送入所述电子束蒸发室，反向改变所述样品倾斜角度，蒸镀第二层铝膜，两次蒸镀铝膜相交叠的区域为约瑟夫森铝结，其他铝膜覆盖的位置为环形超导电路。

21、优选地，所述第二层铝膜的厚度大于所述第一层铝膜的厚度。

22、为解决上述技术问题，本发明还提供一种约瑟夫森参量放大器，基于上述约瑟夫森参量放大器制备方法制备得到，包括：

23、衬底；

24、信号输入输出线，形成于所述衬底表面的一端；

25、共面波导传输线，形成于所述衬底的表面，所述信号输入输出线与共面波导传输线连接；

26、平板电容下极板，形成于所述衬底的表面，所述共面波导传输线的输出端口与所述平板电容下极板相连；

27、二维介质材料片，形成于所述平板电容下极板及其周围接地平面的表面；

28、平板电容上极板，形成于所述二维介质材料片的上表面，与所述接地平面连接；

29、平板电容输出端口，形成于所述衬底的表面，所述平板电容下极板与所述平板电容输出端口相连；

30、泵浦信号线，形成于所述衬底表面的另一端，所述泵浦信号线与所述接地平面连接；

31、超导量子干涉仪，形成于所述平板电容输出端口与所述接地平面之间的空隙处，分别与所述平板电容输出端口和所述接地平面连接。

32、优选地，所述二维介质材料片通过解理二维单晶介质材料得到。

33、优选地，所述超导量子干涉仪包括约瑟夫森铝结和环形超导电路。

34、本发明提供的一种约瑟夫森参量放大器制备方法，通过解理技术从单晶中获得高质量二维介质材料片，并使其与平板电容下极板和接地平面紧密贴合，再通过制备平板电容上级板和超导量子干涉仪即可实现高性能约瑟夫森参量放大器的制备，本发明可有效避免生长介质层的缺陷问题，可以提高约瑟夫森参量放大器的性能，同时也降低了工艺复杂度和对制备设备的要求，在整个制备过程中，也提高了制备效率、极大地降低制备成本。

35、另外，本发明还提供了一种约瑟夫森参量放大器，具有如上述约瑟夫森参量放大器制备方法相同的有益效果。

技术特征：

1.一种约瑟夫森参量放大器制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的约瑟夫森参量放大器制备方法，其特征在于，所述底层超导电路结构包括信号输入输出线、所述接地平面、共面波导传输线、所述平板电容下极板、平板电容输出端口和泵浦信号线；

3.根据权利要求1所述的约瑟夫森参量放大器制备方法，其特征在于，所述二维介质材料片通过解理二维单晶介质材料得到。

4.根据权利要求1所述的约瑟夫森参量放大器制备方法，其特征在于，所述将预先解理得到的二维介质材料片与所述底层超导电路结构中的平板电容下极板及所述平板电容下极板周围的接地平面贴合，包括：

5.根据权利要求1所述的约瑟夫森参量放大器制备方法，其特征在于，采用双层胶光刻工艺，制备所述平板电容上极板图形。

6.根据权利要求1所述的约瑟夫森参量放大器制备方法，其特征在于，所述制备超导量子干涉仪，包括：

7.根据权利要求6所述的约瑟夫森参量放大器制备方法，其特征在于，所述第二层铝膜的厚度大于所述第一层铝膜的厚度。

8.一种约瑟夫森参量放大器，其特征在于，基于上述权利要求1至7任意一项所述的约瑟夫森参量放大器制备方法制备得到，包括：

9.根据权利要求8所述的约瑟夫森参量放大器，其特征在于，所述二维介质材料片通过解理二维单晶介质材料得到。

10.根据权利要求8所述的约瑟夫森参量放大器，其特征在于，所述超导量子干涉仪包括约瑟夫森铝结和环形超导电路。

技术总结
本发明公开了一种约瑟夫森参量放大器及其制备方法，适用于放大器设计制备领域。通过解理技术从单晶中获得高质量二维介质材料片，并使其与平板电容下极板和接地平面紧密贴合，再通过制备平板电容上级板和超导量子干涉仪即可实现高性能约瑟夫森参量放大器的制备，本发明可有效避免生长介质层的缺陷问题，可以提高约瑟夫森参量放大器的性能，同时也降低了工艺复杂度和对制备设备的要求，提高了制备效率、极大地降低制备成本。

技术研发人员：孙汉聪,潘佳政,李金朋,孙国柱,王华兵
受保护的技术使用者：网络通信与安全紫金山实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16