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相对于传统的Nb隧道器件，NbN/AIN/NbN超导隧道结具有较高的超导转变温度(16K)，相对校大的超导临界电流密度和较高的能隙频率(1.4THz)，因而可以工作在较高的工作温度(10K)、较高的工作频率。基于以上的特点，NbN/AIN/NbN超导隧道结被广泛的应用于THz波段的小信号检测技术、快速单磁通量子电路(RSFQ)、超导量子干涉器(SQUID)、量子计算等方面。
NbN/AIN/NbN超导隧道结，是多层薄膜制备技术，势垒层AIN仅1～2 nm，器件制备工艺复杂，精度要求高。本文的工作主要是进行NbN/AIN/NbN超导隧道结的制备工艺研究，主要工作有：
1.在单晶MgO(100)、(111)和Si衬底上使用直流磁控溅射的方法制备了NbN薄膜，在这三种衬底上100nm厚的NbN薄膜的超导转变温度Tc分别为16.3K，15.7K和12K。并利用现代分析手段—原子力显微镜技术分析了薄膜的表面平整度，在MgO和Si衬底上150nm厚的NbN薄膜的表面粗糙度均方根分别0.305nm和0.245nm。
2.在NbN薄膜制备技术的基础上，制备了NbN/AIN/NbN多层薄膜，采用光刻、反应离子刻蚀(RIE)、离子刻蚀等工艺，流通了NbN/AIN/NbN隧道结的制备工艺流程。以NbN薄膜作为隧道结的上下电极，AIN薄膜作为势垒层和绝缘层，AIN势垒层厚度约为1～2nm。将上述工艺流程制备的隧道结通过四端子测量的方法在低温下进行了测量，看到了5mV的能隙电压，但结的漏电流很大，呈现的是弱连接性能。
3.为得到良好性能的隧道结，分析总结了造成弱连接的原因：1)AIN势垒层有针孔，不连续。2)三层薄膜的边缘处台阶过陡，绝缘层AIN薄膜有裂纹，造成上下电极连线弱连接。3)结区的lift—off工艺时离子刻蚀或RIE造成过刻蚀，使上电极的尺寸小于光刻胶的尺寸，继而，在后续的上层引线时造成结区侧壁弱连接。针对这些原因，对各层的刻蚀工艺进行了细致研究。
4.刻蚀是很关键的一步，对反应离子刻蚀(RIE)和离子刻蚀两种不同的方法进行了研究比较。通过对多层结构用三种不同的方法刻蚀，再进行SEM观察切面图像，发现离子刻蚀出来的薄膜边缘，与离子束与基片的夹角有很大的关系，可以形成陡直侧壁，从而造成弱连接的形成。而RIE刻蚀的结区边缘较为平缓且结果稳定，利于绝缘层和电极过线的质量，降低隧道结的工艺难度，提升器件性能。
5.在制备all-NbN超导隧道结过程中，4个小结区的制备工艺显得尤为重要，结区的光刻，显影，刻蚀等工艺过程都会影响到结区的图形结构，继而影响隧道结的性能。我们通过调整离子刻蚀参数，研究了离子刻蚀工艺对结区图形结构的影响。
通过对NbN/AIN/NbN隧道结的制备流程中各个工艺环节的细致研究，为NbN/AIN/NbN 隧道结的工艺优化和制备出高质量的超导NbN/AIN/NbN 隧道结奠定了基础。