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超导约瑟夫森结是实现超导量子比特的基本元件，而量子计算的理论和实验研究已成为国际热点研究课题，我们在超导量子比特基本元件-约瑟夫森结的制备工艺及其特性方面做了深入细致的研究工作。我们选用Al材料，采用一种新的悬空掩模电子束蒸发的制备工艺，制备出了优质Al/Al2O3/Al隧道结。此工艺制备的隧道结的漏电流小，控制斜蒸发角度能够制备出小面积的Al超导隧道结。为制备超导量子比特器件打下基础。本论文的工作主要包括以下三个方面：
1、利用电子束对双层光刻胶进行曝光来制备悬空掩模
在传统悬空掩膜一倾斜角度蒸发法中通常采用金属材料掩模，此方法工艺较为复杂。对此做了改变，用双层光刻胶直接制备悬空掩模结构。该工艺不仅制备流程简单，而且结区最小能达到纳米级别。我们利用LOR10B和PMMA两种光刻胶，使用Elionix公司的ELS-3700型电子束曝光机对双层光刻胶进行电子束曝光，通过对工艺条件的优化，能够很好稳定地制备出中间桥梁大小为1um的悬空掩模结构。
2、利用倾斜角度蒸发法制备Al/Al2O3/Al超导隧道结
在双层光刻胶悬空掩模结构基础上，利用电子束蒸发倾斜角度蒸发法，首先制备铝超导薄膜形成底电极，原位氧化形成氧化铝势垒层，调节蒸发角度制备出铝超导薄膜形成上电极，电极的叠加区形成SIS超导隧道结。结区面积的大小根据悬空掩膜度厚和倾斜蒸发角度来控制。此方法在真空系统中一次成结污染小、结区大小容易控制、制备出的超导隧道结质量高。
3、Al/Al2O3/Al超导隧道结特性的测量
在300mK和20mK的情况下对铝超导隧道结进行了Ⅰ-Ⅴ特性的初步测量。铝隧道结的超导电流与漏电流之比300mK为3％，20mK下达到0.8％。能够满足构建超导量子比特的要求。
我们利用上述制备单个结的基本参数模拟构成环路磁通量子比特，模拟研究了其量子特性。同时，还制备了有两个单节并联构成的SQUID，对此SQUID进行了初步测量。这些工作为下一步构建超导量子比特器件研究其量子特性奠定了良好的基础。