超导Josephson隧道结的制备工艺及性能改善

超导Josephson隧道结是实现超导量子比特的基本元件.本文介绍了一种利用电子束曝光技术和电子束斜蒸发技术相结合的方法来制备铝超导Josephson隧道结.这种方法工艺简单,通过一次光刻就可完成;而且可以通过调节下层光刻胶厚度、斜蒸发角度、悬空桥区宽度等参数可以有效地控制隧道结的面积大小;此外,本方法通过采用不对称电极结构有效地改善了隧道结的漏电流特性,满足了制备超导量子比特的要求.     

Al/AlO_x/Al超导隧道结的制备工艺研究

研究了在高阻硅衬底上Al/AlO x/Al隧道结的制备技术,采用电子束蒸发制备Al/AlO x/Al三层材料,湿法刻蚀制备底电极和上电极以及电路连线,PECVD法生长绝缘层(SiO2)保护超导隧道结,RIE刻蚀上电极窗口。在400mK温度下测量了Al/AlO x/Al隧道结样品,得到了较好的隧道结I-V曲线,能隙电压Vg为0.325mV,超导临界电流I c为55nA,漏电流为5nA。     

Al/Al_2O_3/Al隧道结相位扩散的现象

超导约瑟夫森结是超导量子比特的核心元件,由约瑟夫森结组成的直流超导量子干涉器(DC-SQUID)由于其具有较高的探磁灵敏度,在超导磁通量子比特量子位测量中具有重要的作用.我们用铝为超导材料,采用电子束斜蒸发及静态氧化的方法制备了由两个Al/Al2O3/Al隧道结并联组成的DC-SQUID样品.将DC-SQUID样品置于20~1000mK范围内的不同温度下,对其跳变电流分布进行了测量.在50mK明显观测到了隧道结跳变电流机制由宏观量子隧穿到热激发的转变,并且在高于80mK时,观测到了相位扩散的现象.这对于隧道结相位动力学研究具有重要意义.     

利用电子束蒸发制备铝隧道结工艺研究

采用电子束蒸发的方法在Si片上制备超导铝(Al)薄膜。利用X射线衍射和直流四电极电阻法分别测试了厚度从100埃到5000埃的Al薄膜物向组成,超导转变温度(Tc)和临界电流密度(Jc)。当Al薄膜厚度大于500埃时,超导转变温度Tc=1.2K。电子束蒸发制备的Al薄膜性能良好,具有较高的结晶质量,为制备Al超导隧道结奠定了良好基础。对小面积的Al超导隧道结工艺进行了研究,该超导隧道结两层的超导体材料为Al薄膜,中间势垒层材料为Al2O3。其中Al薄膜利用电子束蒸发制备,势垒层通过直接氧化Al薄膜表面实现,该工艺和采用直接蒸发氧化物薄膜工艺相比不仅简单而且能有效防止势垒层不连续造成的弱连接。     

超导Josephson隧道结性能和超导量子比特电路的设计方案

超导Josephson隧道结是实现超导量子比特的基本元件。利用悬空掩膜和电子束斜蒸发相结合的工艺方法制备Al/Al2O3/Al超导Josephson隧道结,并且系统研究了底电极、上电极薄膜的厚度及氧化参数等工艺条件与隧道结超导电流密度Jc和面积归一化电阻Rc的关系。设计测量了三种方案的超导量子比特电路,通过对参数和结构的优化测出了较理想的量子比特(qubit)信号。     

Al/AlO_x/Al隧道结简化制备技术

研究了一种在高阻硅衬底上Al/Al Ox/Al超导隧道结简化制备技术。通过一次光刻镀膜完成隧道结结区的确定和上引线的制备,工艺流程简单重复。在0.3K温度下测量了隧道结样品的I-V特性,能隙电压Vg为0.37m V,超导临界电流密度约为12A/cm2。     

三维传输子量子比特制备研究

研究了三维传输子(3D-transmon)量子比特的制备技术。采用电子束光刻技术制备亚微米双层胶悬空掩模,电子束斜蒸发技术制备Al/AlO_x/Al超导隧道结。将隧道结与三维谐振腔耦合,成功实现3D-transmon。在20 mK下测试了量子比特的能级跃迁频率、拉比振荡、能量弛豫时间t_1等性能,t_1约566 ns。t_1较短的原因是量子比特跃迁频率与三维谐振腔频率接近,耦合过紧。     

Al/Ti双层薄膜TES的光子数分辨特性表征

报道了Al/Ti双层薄膜超导TES的光子数分辨特性。通过设计双层薄膜的尺寸,使其满足光子数分辨所需的热导、热容需要,制备出了完好的TES。在320m K的低温下,通过测试其对1550nm光脉冲的响应,发现等效光子数分辨率可达到40个左右。这是使用超导TES实现单光子探测及进一步实现量子通讯的重要基础。     

电子束曝光制备YBa_2Cu_3O_(7-δ)纳米级桥宽双晶结

传统的紫外线曝光难以制备微桥宽度不超过1微米的双晶约瑟夫森结.我们利用电子束曝光技术制备了纳米级别(几百纳米)桥宽YBa_2Cu_3O_(7-δ)双晶结,具有优良的电流-电压特性和微波响应特性.并分析60K温度下100纳米膜厚的双晶结微桥宽度的变化对结正常态电阻R_N、超导临界电流I_c、特征电压I_cR_N的影响规律.通过考虑结与外部微波电路的阻抗匹配、结检测太赫兹波灵敏度、超导电流大小对高次微波响应台阶影响以及结的特征电压四个因素,得到最佳的太赫兹波检测器中双晶结的微桥宽度为1微米左右.     

用于TES测辐射热计的Al/Ti双层薄膜制备及其超导特性研究

本文报道了用于超导TES(Transition Edge Sensor)测辐射热计的Al/Ti双层薄膜制备及其超导特性研究.通过分析Al薄膜表面粗糙度和室温电阻率在不同溅射功率和氩气压力下的变化关系,优化了Al薄膜的制备工艺.使用磁控溅射技术生长了一系列不同厚度的Al/Ti双层薄膜,在氦三制冷机中测量了双层膜的超导特性.测试结果表明,Al/Ti双层薄膜具有良好的超导相变特性,在10μA测试电流下,其相变宽度保持在3mK~6mK范围内,在超导临界温度下电阻对温度的灵敏度参量α在300左右;由于超导邻近效应(Proximity effect),双层薄膜的临界温度可以通过控制Ti薄膜的厚度实现在470mK~800mK温区内的调节.Al/Ti双层薄膜的这些性能满足了制备超导TES测辐射热计的需要.     

RF溅射的SiO_2和SiO_2/Al/SiO_2薄膜的喇曼散射光谱研究

用射频溅射(RF Sputtering)法制成了SiO_2和SiO_2/Al/SiO_2薄膜。应用喇曼光谱研究了薄膜结构。结果表明:RF溅射制成的SiO_2薄膜是含有大量环结构缺陷的玻璃态;SiO_2/Al/SiO_2层状薄膜的喇曼光谱中观察到Al_2O_3的特征峰,证实了Al/SiO_2薄膜界面确有氧化还原反应发生;从喇曼光谱中Al_2O_3的特性峰的位置和相对强度可推断出,SiO_2/Al/SiO_2薄膜界面处的Al_2O_3是非晶γ-Al_2O_3。     

Influences of different oxidants on characteristics of La_2O_3/Al_2O_3 nanolaminates deposited by atomic layer deposition

A comparative study of two kinds of oxidants(H_2O and O_3) with the combination of two metal precursors(TMA and La(~iPrCp)_3) for atomic layer deposition(ALD) La_2O_3/Al_2O_3 nanolaminates is carried out. The effects of different oxidants on the physical properties and electrical characteristics of La_2O_3/Al_2O_3 nanolaminates are studied. Initial testing results indicate that La_2O_3/Al_2O_3 nanolaminates could avoid moisture absorption in the air after thermal annealing. However, moisture absorption occurs in H_2O-based La_2O_3/Al_2O_3 nanolaminates due to the residue hydroxyl/hydrogen groups during annealing. As a result, roughness enhancement, band offset variation, low dielectric constant and poor electrical characteristics are measured because the properties of H_2O-based La_2O_3/Al_2O_3 nanolaminates are deteriorated. Addition thermal annealing effects on the properties of O_3-based La_2O_3/Al_2O_3 nanolaminates indicate that O_3 is a more appropriate oxidant to deposit La_2O_3/Al_2O_3 nanolaminates for electron devices application.     

纳米Al2O3表面接枝修饰的XPS研究

在纳米Al2O3表面接枝聚缩醛可在粒子表面建立起空间位阻稳定层, 不但提高了纳米粒子的分散稳定性, 还可以增强纳米粒子与树脂基体的相容性. X射线光电子能谱(XPS)的分析结果表明, 经过聚缩醛接枝改性的纳米Al2O3的Al(2p)峰几乎消失, O(1s)峰也相应降低, 与之相对应的是C(1s)峰有了明显的增长, 对C(1s)峰精细扫描及分峰拟合表明, 纳米Al2O3表面碳元素中有61.92%属于接枝物聚缩醛的有机碳, 接枝物聚缩醛与纳米Al2O3形成了Al-O-C键, 两者产生化学结合. 同时对比XPS和热失重分析(TG)的数据结果, 可以推测聚缩醛主要分布在纳米Al2O3的表面, 而在体相中独立存在的概率较小.     

利用LiF/Al作为电极的有机电致发光器件

本文报道了利用LiF/Al作为负电极的有机电致发光器件,器件结构为ITO/TPD/Alq3/LiF/Al,LiF层的加入增强了电子注入,当其厚度为0.4nm时,器件的性能最好,与单层Al和Mg/Al电极的同类器件相比,此时器件的开启电压由Al电极时的4.3V和Mg/Al电极时的3.0V降低到了2.0V,器件的最大亮度分别由4000cd/m²、14000cd/m²提高到19600cd/m²,器件的发光效率也分别增加了5倍和2倍,达到2.66lm/W.     

Al2O3:Fe3+体系晶格局域结构的EPR理论研究

本文通过分析Al2O3∶Fe3+体系中Fe3+离子的EPR谱,研究Fe3+的局域晶体结构结果表明Al2O3∶Fe3+的局域结构存在各向异性膨胀.用拟合EPR谱的低对称参量D和(a-F)实验值的方法,求得两个三棱锥的棱与C3轴的夹角分别为θ1=46.54°和θ2=61.26°,相对于原Al2O3结构的畸变角分别是Δθ1=-1.1°±0.1°,Δθ2=-1.8°.两畸变角同时均小于0说明Al2O3∶Fe3+体系中含Fe3+离子的晶格主要产生沿C3轴的伸长畸变.     

Fe/Al混合膜的PLD法制备及表面分析

 采用脉冲激光气相沉积（PLD）技术制备了Fe/Al混合膜，测量了该混合膜的光电子能谱（XPS），并采用原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）对Fe/Al混合膜作了表面分析。结果表明：Fe/Al混合膜的表面粗糙度对衬底温度有明显的依赖性， 随着衬底温度的升高，薄膜的表面逐渐变得平滑，膜层变得致密，在200 ℃衬底温度下制得了均方根（rms）粗糙度为0.154 nm、具有原子尺度光滑性的Fe/Al混合膜， 膜中Fe和Al分布比较均匀，其成分比约为1∶3，同时XPS分析也表明Fe/Al混合膜暴露在空气中后表面形成了Al₂O₃和FeO氧化层。     

磁性隧道结Ni80Fe20/Al2O3/Co的制备和物性

用等离子体氧化形成绝缘层的方法,重复性地制备出了Ｎｉ８０Ｆｅ２０／Ａｌ２Ｏ３／Ｃｏ磁性隧道结。样品的隧道磁电阻（ＴＭＲ）比值在室温下最高可达６．０％,翻转场（ｓｗｉｔｃｈ ｆｉｅｌｄ）可低于８００Ａ／ｍ,平台宽度约２４００Ａ／ｍ。结电阻的变化范围从几百欧姆到几百千欧。     

Comparison between AlN and Al_2O_3 ceramics applied to barrier dielectric of plasma actuator

This paper reports the material characterization and performance evaluation of an AlN ceramic based dielectric barrier discharge(DBD) plasma actuator. A conventional Al_2O_3 ceramic is also investigated as a control. The plasma images,thermal characteristics and electrical properties of the two actuators are compared and studied. Then, with the same electrical operating parameters(12-kV applied voltage and 11-kHz power frequency), variations of the surface morphologies,consumed power and induced velocities are recorded and analyzed. The experimental results show that the AlN actuator can produce a more uniform discharge while the discharge of the Al_2O_3 actuator is easier to become filamentary. The later condition leads to higher power consumption and earlier failure due to electrode oxidation. In the plasma process,the power increment of the AlN actuator is higher than that of the Al_2O_3 actuator. The induced velocity is also influenced by this process. Prior to aging, the maximum induced velocity of the AlN actuator is 4.2 m/s, which is about 40% higher than that of the Al_2O_3 actuator. After 120-min plasma aging, the maximum velocity of the aged AlN actuator decreases by 27.8% while the Al_2O_3 actuator registers a decrease of 25%.     

Al/ZnO/Al薄膜的结构与磁性分析

采用直流磁控溅射的方法制备了Al/ZnO/Al纳米薄膜,并对薄膜分别在真空及空气中进行退火处理.利用X射线衍射仪(XRD)和物理性能测量仪(PPMS)分别对薄膜样品的结构和磁性进行了表征.XRD分析表明,不同的退火氛围对薄膜的微结构有着很大的影响.采用了一种新的修正方法对磁测量结果进行修正,计算了基底拟合误差的最大值,并对修正后样品的磁性进行了分析.结果显示,室温铁磁性可能与Al和ZnO基体之间发生的电荷转移以及在不同退火氛围下Al在ZnO晶格中的地位变化有关. 关键词： Al/ZnO/Al薄膜 铁磁性 磁性表征