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《南京大学》 2012年
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超导量子比特中铌超导隧道结的制备与性能研究

卢亚鹏  
【摘要】:量子计算所展示的具有技术革命性的数据处理能力,有潜力发展成为后摩尔时代的核心信息处理技术,满足未来信息社会对海量数据处理能力和高性能计算的强烈需求。超导量子比特作为实现量子计算的方案之一,以其易设计加工,低功耗,易规模化等优点备受关注。基于超导Josephson结与超导环路构成的SQUID可以通过外围电路设计制定不同的超导量子比特实现方案。Josephson隧道结是超导量子比特的核心器件,获得高质量的Josephson结是实现具体量子比特方案的基本要求和关键环节。 本论文研究了实现超导量子比特核心器件Josephson结的制备与性能表征,利用平面微加工技术制备Nb/Al-AlOx/Nb超导隧道结,在制备工艺方面做了深入细致的研究,取得了一定的研究成果,本文主要工作包括以下几个方面: 1.多层膜结构的制备工艺研究 多层膜结构的制备是实现高质量超导隧道结的关键,单层Nb膜的超导性能、表面形貌、晶体结构与应力、势垒层缺陷等都影响着结的性能。本文讨论了影响多层膜溅射质量的诸多因素,获得了较好的制备Nb膜及势垒层的溅射条件,基本满足制备高质量的超导隧道结要求。 2.高稳定性制备工艺的改进 方形结区定义过程中,对方形结的边和角刻蚀的不一致性影响着结的性能,通过SEM分析发现,对邻近结区势垒层四周的钻蚀的随机性是产生这一问题的重要原因。圆形结的设计避免了结区定义过程中刻蚀的随机性和不一致性,有效提高了结的制备质量。此外,应用新的干法刻蚀工艺代替Liftoff,减小因Liftoff造成结的绝缘层机械性损伤,对结的成功重复制备有重要意义。 3.等离子氧化工艺研究 提出一种氧的等离子氧化的方法改善结区边缘绝缘性能,降低超导隧道结的漏电流。研究表明:对Al膜进行等离子氧化能够有效的改善氧化膜的绝缘性能,AES分析表明:氧化绝缘层均匀,界面清晰;应用此方法成功制备出较好性能的Nb隧道结。 本文中我们应用稳定的制备工艺,优化的多层膜制备条件,获得了较好质量的Nb/Al-AlOx/Nb超导隧道结,已经接近超导量子比特的应用要求。
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:O413;TP274

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【参考文献】
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