专利名称：一种闭合的超导环状多层膜及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种闭合的超导环状多层膜，以及这种环状多层膜的制备方法，和其在器件中的应用。
背景技术：
自从1911年昂尼斯(Onnes)发现超导现象以来，由于需要极低温度(典型的是4.2K)而限制了超导技术的广泛应用。上世纪八十年代中期，默勒(Müller)与贝诺兹(Bednorz)发现临界温度TC大于30K的高温超导体后，特别是1987年，TC高于90K的YBaCuO氧化物高温超导体的发现，为超导材料走出实验室铺平了道路，使超导技术的广泛应用成为了可能。超导材料的用途非常广阔，大致可分为三类大电流应用(强电应用)、电子学应用(弱电应用)和抗磁性应用，其中电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件，超导光探测器等。超导体不仅直流电阻为零，而且超导体低频损耗极低，高频损耗也很低。超导约瑟夫森(Josephson)结制成的电子器件的固有噪声温度接近量子噪声极限，超导SIS混频器在36GHz频率时噪声仅为3.8K，逻辑电路的开关时间小于15ps。超导量子干涉器的磁场灵敏度达～10-15T，能量分辨率约为10-33J/Hz。这些特性使超导技术在电工学和电子学领域有着广泛的应用前景。作为超高速、低功耗、超高灵敏度的需要，超导器件已经成为固态器件的重要组成部分。
目前，应用于超导器件中的超导多层膜的核心部分是约瑟夫森隧道结或单粒子隧道结，它是由非超导的势垒层来分开两块超导体形成的隧道结，即S-I-S。在实际的器件中，势垒层可以是绝缘体，也可以是半导体和正常金属导体，势垒层的厚度可以有很大的变化范围。在现有的技术中，超导器件中超导多层膜的几何结构都是非闭合的结构，如矩形等。这种结构在高密度小尺寸器件中将产生不可忽视的结电容以及较大的功耗，对器件的性能带来许多不利的影响。为了克服这些问题，必须采用新的几何结构和器件设计来对器件的性能进行改善。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的超导多层膜系统物理结构上的缺陷，通过改变多层膜系统的几何结构，提供一种具有较小的结电容和功耗，闭合的超导环状多层膜及其制备方法。
本发明的目的是通过如下的技术方案实现的本发明提供的闭合的超导环状多层膜，包括常规的超导多层膜的各层，其特征在于所述的超导多层膜的横截面呈闭合的椭圆环或者矩形环，其中椭圆内环的短轴为10～100000nm，短轴与长轴的比值为1∶1～5，椭圆外环的短轴为20～200000nm；矩形内环的宽度为10～100000nm，矩形外环的宽度为20～200000nm，矩形内环的宽度与长度的比值为1∶1～5。
本发明提供的闭合的超导环状多层膜，按照势垒层数的不同分类，包括单势垒型闭合的超导环状多层膜和双势垒型闭合的超导环状多层膜。
本发明提供的单势垒型闭合超导环状多层膜，如图1和图2所示，其核心结构包括衬底及其上的下部缓冲层，在所述的下部缓冲层上依次沉积的第一超导层1(以下简称S11)、中间势垒层2(以下简称I11)、第二超导层3(以下简称S12)及覆盖层，其特征在于所述的超导多层膜的横截面呈闭合的椭圆环或者矩形环，其中椭圆内环的短轴为10～100000nm，短轴与长轴的比值为1∶1～5，椭圆外环的短轴为20～200000nm；矩形内环的宽度为10～100000nm，矩形外环的宽度为20～200000nm，矩形内环的宽度与长度的比值为1∶1～5。
所述的衬底为常规衬底，如Si、Si/SiO2、SiC、SiN、Ge、GaAs衬底等，或为单晶衬底，如蓝宝石、石英、LaAlO3、SrTiO3、MgO；厚度为0.3～1mm；所述的下部缓冲层由Ta、Ru、Cr、Au、Ag、Pt、W、Ti、Cu、Al、SrTiO3、LaAlO3、CeO2等材料组成，厚度为2～200nm；所述的超导层(S11和S12)均由超导材料组成包括1)单质、合金及简单化合物系列，如Nb、Sn、Pb、In、Ta、Nb-Ti、Mo-Re、V3Si、NbN、Nb3Sn、Nb3Ge、Pb-In-Au、Pb-Au、C60、MgB2等；2)M1、M2、Cu和O组成的氧化物系列，所述的金属元素M1为Y、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Ho、Er、Yb或Lu，所述的金属元素M2为Ba、Sr、Ca、Mg或Ra；所述的超导层(S11和S12)的厚度为1～200nm；所述的第一超导层(S11)和第二超导层(S12)的材料和厚度可相同，也可不相同；所述的中间势垒层(I11)由正常金属层、半导体层或者绝缘体势垒层构成，如SrTiO3、AlN、CeO2、Eu2CuO4、PrBa2Cu3O7-x、LaAlO3、Al2O3，MgO、Cu、Fe、Co、Ni、Ag、或Ag-Au，其中所述的绝缘体势垒层还可以由第一超导层(S11)通过自然氧化、热氧化、直流或射频辉光放电氧化、射频溅射氧化等方法而制成；所述中间势垒层的厚度为0.5～100nm；所述的覆盖层由不易被氧化的金属材料组成，优选Ta、Cu、Ru、Pt、Ag、Au、Cr等，厚度为2～10nm，用于保护材料不被氧化。
本发明提供的双势垒型闭合超导环状多层膜，如图3和图4所示，其核心结构包括衬底及其上的下部缓冲层，在所述的下部缓冲层上依次沉积的第一超导层4a(以下简称S21)、第一中间势垒层5a(以下简称I21)、中间导电层6(以下简称IC)、第二中间势垒层5b(以下简称I22)、第二超导层4b(以下简称S22)及覆盖层，其特征在于所述的超导多层膜的横截面呈闭合的椭圆环或者矩形环，其中椭圆内环的短轴为10～100000nm，短轴与长轴的比值为1∶1～5，椭圆外环的短轴为20～200000nm；矩形内环的宽度为10～100000nm，矩形外环的宽度为20～200000nm，矩形内环的宽度与长度的比值为1∶1～5。
所述的衬底、下部缓冲层和覆盖层的组成材料及厚度均同于前述的单势垒型闭合超导环状多层膜；所述的超导层(S21和S22)的组成材料同于前述的单势垒型闭合超导环状多层膜的超导层的组成材料；所述的超导层的厚度为2～300nm；所述的中间势垒层(I21和I22)的组成材料同于前述的单势垒型闭合超导环状多层膜的中间势垒层的组成材料；所述的中间势垒层的厚度为0.5～20nm；所述的中间导电层(IC)由正常金属材料或超导材料层构成，其中正常金属材料如Au、Ag、Au-Ag、Cu等；超导材料同于前述的超导层的组成材料；所述的中间导电层的厚度为0.5～100nm。
本发明提供一种利用微加工方法制备所述的闭合超导环状多层膜的方法，包括如下的步骤1)选择一个衬底，经过常规方法清洗之后，在常规的薄膜生长设备(例如磁控溅射、电子束蒸发、脉冲激光沉积、化学沉积、分子束外延等)上沉积下部缓冲层；2)利用常规的薄膜生长手段，例如磁控溅射、电子束蒸发、脉冲激光沉积、化学沉积、分子束外延等，在下部缓冲层上依次沉积本发明的单势垒型闭合超导环状多层膜的第一超导层S11、中间势垒层I11、第二超导层S12以及覆盖层；或是利用常规的薄膜生长手段，例如磁控溅射、电子束蒸发、脉冲激光沉积、化学沉积、分子束外延等，在下部缓冲层上依次沉积本发明的双势垒型闭合超导环状多层膜的第一超导层S21、第一中间势垒层I21、中间导电层IC、第二中间势垒层I22、第二超导层S22以及覆盖层；3)采用微加工工艺将步骤2)中沉积了超导多层膜的衬底加工成闭合环状结构；所述的微加工工艺的具体步骤为首先经过涂胶、前烘，再在在紫外、深紫外曝光或电子束曝光机上，根据所需的闭合状图形(包括椭圆环和矩形环)对片基进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导多层膜刻成闭合环状，最后用去胶剂浸泡进行去胶；必要时还可以利用反应离子刻蚀机进行辅助去胶；4)在步骤3)得到的刻蚀成形的闭合的超导环状多层膜上，利用常规的薄膜生长手段，例如磁控溅射、电子束蒸发、脉冲激光沉积、化学沉积、分子束外延等，沉积一层绝缘层将各闭合环状多层膜进行掩埋并且相互隔离；所述的绝缘层为常规的绝缘体材料，优选SiO2，Al2O3，ZnO，TiO，SnO或有机分子材料(如聚氯乙烯PVC，聚乙烯PE，聚丙烯PP等)，厚度为50～1000nm；5)利用微加工工艺的紫外、深紫外曝光或电子束曝光方法，以及聚焦离子束刻蚀或者化学反应干刻或化学反应湿刻，在沉积有闭合环状多层膜的位置上对绝缘层进行刻蚀使绝缘层下掩埋的超导环状多层膜暴露，得到本发明的闭合的超导环状多层膜。
使用时，对上述方法得到的闭合的超导环状多层膜进一步加工，引出电极，具体步骤如下6)利用常规的薄膜生长手段，例如磁控溅射、电子束蒸发、脉冲激光沉积、化学沉积、分子束外延等，沉积一层导电层；所述的导电层为电阻率较小的正常金属，如Au、Ag、Pt、Cu、Al、SiAl以及其合金；或为超导材料，如Nb、Sn、Pb、In、Ta、Nb-Ti以及YBa2Cu3O7等，厚度为2～200nm；7)利用常规的半导体微加工工艺，将导电层加工成电极，每个闭合环状结构引出四个电极，即得到含有本发明的闭合的超导环状多层膜的元器件；所述的常规半导体微加工工艺包括首先经过涂胶、前烘，再在紫外、深紫外曝光机或电子束曝光机上，利用带有待加工图案的光刻版进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导环状多层膜上的导电层刻成四个电极的形状，最后用去胶剂等浸泡进行去胶。
本发明的闭合超导环状多层膜能够广泛应用于以超导环状多层膜为核心的各种器件，例如，超导微波器件、超导光探测器、超导计算机、超导传感器件以及超导集成电路等。
本发明提供的闭合的超导环状多层膜，使用微加工方法制备的闭合环状结构，来代替常规的超导多层膜。在现有技术使用常规的非闭合环状结构时，由于常规结构带来的结电容以及灵敏度不高和功耗较大的影响，给器件的加工、集成和使用带来许多不利因素，如噪声和散热问题等，并且对器件的性能产生不良的影响。而本发明通过改变超导多层膜的几何结构，可以克服上述缺陷，提高超导多层膜的性能，使其在保持超导多层膜原有特征和性能的情况下，还具有较小的结电容和功耗等优点，能够满足大规模产品化的要求，即本发明所提供的闭合超导环状多层膜更适合于器件化的超导微波器件、超导集成电路、新型超导传感器件和超导探测器件的制备。
图1是本发明的单势垒型闭合的椭圆环状的超导多层膜的结构示意图(底部的衬底、下部缓冲层以及顶部的覆盖层未在图中给出)；图1-1为俯视图，图1-2为剖面结构图；图2是本发明的单势垒型闭合的矩形环状的超导多层膜的结构示意图(底部的衬底、下部缓冲层以及顶部的覆盖层未在图中给出)；图2-1为俯视图，图2-2为剖面结构图；图3是本发明的双势垒型闭合的椭圆状的超导多层膜的结构示意图(底部的衬底、下部缓冲层以及顶部的覆盖层未在图中给出)；图3-1为俯视图，图3-2为剖面结构图；图4是本发明的双势垒型闭合的矩形环状的超导多层膜的结构示意图(底部的衬底、下部缓冲层以及顶部的覆盖层未在图中给出)；图4-1为俯视图，图4-2为剖面结构图；其中，1是第一超导层S11，2是中间势垒层I11，3第二超导层S12，4a是第一超导层S21，5a是第一中间势垒层I21，6是中间导电层IC，5b是第二中间势垒层I22，4b第二超导层S22，其余部分均为绝缘介质所填埋。
具体实施例方式
实施例1、制备单势垒型闭合椭圆环状的超导多层膜利用高真空磁控溅射设备在经过常规方法清洗的1mm厚的Si/SiO2衬底上依次沉积厚度为2nm的下部缓冲层Ta，厚度为3nm的第一超导层(S11)Nb，然后沉积1nm的Al，经等离子体氧化50秒形成的绝缘层作为中间势垒层(I11)，在该中间势垒层上依次沉积厚度为3nm的第二超导层(S12)Nb和厚度为4nm的覆盖层Ru。上述超导多层膜的生长条件备底真空5×10-7帕；溅射用高纯度氩气气压0.07帕；溅射功率120瓦；样品架旋转速率20rmp；生长温度室温；生长速率0.3～1.1埃/秒；生长时间薄膜厚度/生长速率；沉积好的超导多层膜采用现有技术中的微加工技术，即首先经过涂胶、前烘，再在电子束曝光机上，根据所需的闭合椭圆环对片基进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导多层膜刻成闭合形状，最后用去胶剂浸泡进行去胶，即形成闭合状椭圆环几何结构，椭圆环的短轴内径为500nm，短轴外径为800nm，长轴内径为600nm，长轴外径为900nm，椭圆环的短轴与长轴内径的比值为1∶1.2。然后在此刻蚀成形的闭合形状的超导多层膜上，利用常规的薄膜生长手段，例如磁控溅射、电子束蒸发、脉冲激光沉积、化学沉积、分子束外延等，沉积一层100nm厚的SiO2绝缘层，将各闭合环状多层膜进行掩埋并且相互隔离，采用现有技术中的微加工技术进行刻蚀，即首先在聚焦离子束设备上定位到沉积有闭合椭圆环状多层膜的位置，接着利用聚焦离子束刻蚀方法对SiO2绝缘层进行刻蚀，使得绝缘层下掩埋的闭合形状的超导多层膜暴露。最后利用高真空磁控溅射设备沉积一层厚度为2nm的导电层Nb，生长条件如前所述，用常规半导体微加工工艺加工出电极，即首先经过涂胶、前烘，再在紫外、深紫外曝光机上，利用带有待加工图案的光刻版进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导多层膜上的导电层刻成四个电极的形状，最后用去胶剂浸泡进行去胶，即得到本发明的单势垒型闭合形状的超导多层膜，其结构示意图如图1所示。
实施例2、制备单势垒型闭合椭圆环状的超导多层膜利用高真空磁控溅射设备在经过常规方法清洗的1mm厚的Si/SiO2衬底上依次沉积厚度为2nm的下部缓冲层Ta，厚度为3nm的第一超导层(S11)Nb-Ti，然后沉积1nm的Al，经等离子体氧化50秒形成的绝缘层作为中间势垒层(I11)，在该中间势垒层上依次沉积厚度为3nm的第二超导层(S12)Nb-Ti和厚度为4nm的覆盖层Ru。上述超导多层膜的生长条件备底真空5×10-7帕；溅射用高纯度氩气气压0.07帕；溅射功率120瓦；样品架旋转速率20rmp生长温度室温；生长速率0.3～1.1埃/秒；生长时间薄膜厚度/生长速率；沉积好的超导多层膜采用现有技术中的微加工技术，即首先经过涂胶、前烘，再在电子束曝光机上，根据所需的闭合椭圆环对片基进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导多层膜刻成闭合形状，最后用去胶剂浸泡进行去胶，即形成闭合状椭圆环几何结构，椭圆环的短轴内径为500nm，短轴外径为800nm，长轴内径为2500nm，长轴外径为2800nm，椭圆环的短轴与长轴内径的比值为1∶5。然后在此刻蚀成形的闭合形状的超导多层膜上，利用常规的薄膜生长手段，例如磁控溅射、电子束蒸发、脉冲激光沉积、化学沉积、分子束外延等，沉积一层100nm厚的SiO2绝缘层，将各闭合环状多层膜进行掩埋并且相互隔离，采用现有技术中的微加工技术进行刻蚀，即首先在聚焦离子束设备上定位到沉积有闭合椭圆环状多层膜的位置，接着利用聚焦离子束刻蚀方法对SiO2绝缘层进行刻蚀，使得绝缘层下掩埋的闭合形状的超导多层膜暴露。最后利用高真空磁控溅射设备沉积一层厚度为2nm的导电层Nb-Ti，生长条件如前所述，用常规半导体微加工工艺加工出电极，即首先经过涂胶、前烘，再在紫外、深紫外曝光机上，利用带有待加工图案的光刻版进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导多层膜上的导电层刻成四个电极的形状，最后用去胶剂浸泡进行去胶，即得到本发明的单势垒型闭合形状的超导多层膜，其结构示意图如图1所示。
实施例3、制备单势垒型闭合矩形环状的超导多层膜利用高真空磁控溅射设备在经过常规方法清洗的1mm厚的Si/SiO2衬底上依次沉积厚度为2nm的下部缓冲层Ta，厚度为3nm的第一超导层(S11)Nb，然后沉积1nm的Al，经等离子体氧化50秒形成的绝缘层作为中间势垒层(I11)，在该中间势垒层上依次沉积厚度为3nm的第二超导层(S12)Nb和厚度为4nm的覆盖层Ru。上述超导多层膜的生长条件备底真空5×10-7帕；溅射用高纯度氩气气压0.07帕；溅射功率120瓦；样品架旋转速率20rmp；生长温度室温；生长速率0.3～1.1埃/秒；生长时间薄膜厚度/生长速率；沉积好的超导多层膜采用现有技术中的微加工技术，即首先经过涂胶、前烘，再在电子束曝光机上，根据所需的闭合矩形环对片基进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导多层膜刻成闭合形状，最后用去胶剂浸泡进行去胶，即形成闭合状矩形环几何结构，矩形环的短边内宽度为500nm，短边外宽度为800nm，长边内宽度为500nm，长边外宽度为800nm，矩形环的短边与长边内宽度的比值为1∶1。然后在此刻蚀成形的闭合形状的超导多层膜上，利用常规的薄膜生长手段，例如磁控溅射、电子束蒸发、脉冲激光沉积、化学沉积、分子束外延等，沉积一层100nm厚的SiO2绝缘层，将各闭合环状多层膜进行掩埋并且相互隔离，采用现有技术中的微加工技术进行刻蚀，即首先在聚焦离子束设备上定位到沉积有闭合矩形环状多层膜的位置，接着利用聚焦离子束刻蚀方法对SiO2绝缘层进行刻蚀，使得绝缘层下掩埋的闭合形状的超导多层膜暴露。最后利用高真空磁控溅射设备沉积一层厚度为2nm的导电层Nb，生长条件如前所述，用常规半导体微加工工艺加工出电极，即首先经过涂胶、前烘，再在紫外、深紫外曝光机上，利用带有待加工图案的光刻版进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导多层膜上的导电层刻成四个电极的形状，最后用去胶剂浸泡进行去胶，即得到本发明的单势垒型闭合形状的超导多层膜，其结构示意图如图2所示。
实施例4、制备单势垒型闭合矩形环状的超导多层膜利用高真空磁控溅射设备在经过常规方法清洗的1mm厚的Si/SiO2衬底上依次沉积厚度为2nm的下部缓冲层Ta，厚度为3nm的第一超导层(S11)Nb3Sn，然后沉积1nm的Al，经等离子体氧化50秒形成的绝缘层作为中间势垒层(I11)，在该中间势垒层上依次沉积厚度为3nm的第二超导层(S12)Nb3Sn和厚度为4nm的覆盖层Ru。上述超导多层膜的生长条件备底真空5×10-7帕；溅射用高纯度氩气气压0.07帕；溅射功率120瓦；样品架旋转速率20rmp；生长温度室温；生长速率0.3～1.1埃/秒；生长时间薄膜厚度/生长速率；沉积好的超导多层膜采用现有技术中的微加工技术，即首先经过涂胶、前烘，再在电子束曝光机上，根据所需的闭合矩形环对片基进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导多层膜刻成闭合形状，最后用去胶剂浸泡进行去胶，即形成闭合状矩形环几何结构，矩形环的短边内宽度为500nm，短边外宽度为800nm，长边内宽度为2500nm，长边外宽度为2800nm，矩形环的短边与长边内宽度的比值为1∶5。然后在此刻蚀成形的闭合形状的超导多层膜上，利用常规的薄膜生长手段，例如磁控溅射、电子束蒸发、脉冲激光沉积、化学沉积、分子束外延等，沉积一层100nm厚的SiO2绝缘层，将各闭合环状多层膜进行掩埋并且相互隔离，采用现有技术中的微加工技术进行刻蚀，即首先在聚焦离子束设备上定位到沉积有闭合矩形环状多层膜的位置，接着利用聚焦离子束刻蚀方法对SiO2绝缘层进行刻蚀，使得绝缘层下掩埋的闭合形状的超导多层膜暴露。最后利用高真空磁控溅射设备沉积一层厚度为2nm的导电层Nb3Sn，生长条件如前所述，用常规半导体微加工工艺加工出电极，即首先经过涂胶、前烘，再在紫外、深紫外曝光机上，利用带有待加工图案的光刻版进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导多层膜上的导电层刻成四个电极的形状，最后用去胶剂浸泡进行去胶，即得到本发明的单势垒型闭合形状的超导多层膜，其结构示意图如图2所示。
实施例5、制备双势垒型闭合椭圆环状的超导多层膜利用高真空磁控溅射设备在经过常规方法清洗的1mm厚的Si/SiO2衬底上依次沉积厚度为2nm的下部缓冲层Ta，厚度为10nm的第一超导层(S21)Nb，然后沉积1nm的Al，经等离子体氧化50秒形成的绝缘层作为第一中间势垒层(I21)，在该层上沉积厚度为3nm的中间导电层(IC)Nb，然后再沉积1nm的Al，经等离子体氧化50秒形成的绝缘层作为第二中间势垒层(I22)，在该层上依次沉积厚度为10nm的第二超导层(S22)Nb和厚度为2nm的覆盖层Ru。上述超导多层膜的生长条件备底真空5×10-7帕；溅射用高纯度氩气气压0.07帕；溅射功率120瓦；样品架旋转速率20rmp；生长温度室温；生长速率0.3～1.1埃/秒；生长时间薄膜厚度/生长速率；沉积好的超导多层膜采用现有技术中的微加工技术，即首先经过涂胶、前烘，再在电子束曝光机上，根据所需的闭合状椭圆环对片基进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导多层膜刻成闭合形状，最后用去胶剂浸泡进行去胶，即形成闭合椭圆环几何结构，椭圆环的短轴内径为500nm，短轴外径为800nm，长轴内径为600nm，长轴外径为900nm，椭圆环的短轴与长轴内径的比值为1∶1.2。然后在此刻蚀成形的闭合形状的超导多层膜上，利用常规的薄膜生长手段，例如磁控溅射、电子束蒸发、脉冲激光沉积、化学沉积、分子束外延等，沉积一层50nm厚的SiO2绝缘层，将各闭合环状多层膜进行掩埋并且相互隔离，采用现有技术中的微加工技术进行刻蚀，即首先在聚焦离子束设备上定位到沉积有闭合环状多层膜的位置，接着利用聚焦离子束刻蚀方法对SiO2绝缘层进行刻蚀，使得绝缘层下掩埋的闭合形状的超导多层膜暴露。最后利用高真空磁控溅射设备沉积一层厚度为5nm的导电层Ag，生长条件如前所述，用常规半导体微加工工艺加工出电极，即首先经过涂胶、前烘，再在紫外、深紫外曝光机上，利用带有待加工图案的光刻版进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导多层膜上的导电层刻成四个电极的形状，最后用去胶剂浸泡进行去胶，即得到本发明的双势垒型闭合形状的超导多层膜，其结构示意图如图3所示。
实施例6、制备双势垒型闭合椭圆环状的超导多层膜利用高真空磁控溅射设备在经过常规方法清洗的1mm厚的Si/SiO2衬底上依次沉积厚度为2nm的下部缓冲层Ta，厚度为10nm的第一超导层(S21)Nb3Ge，然后沉积1nm的Al，经等离子体氧化50秒形成的绝缘层作为第一中间势垒层(I21)，在该层上沉积厚度为3nm的中间导电层(IC)Nb3Ge，然后再沉积1nm的Al，经等离子体氧化50秒形成的绝缘层作为第二中间势垒层(I22)，在该层上依次沉积厚度为10nm的第二超导层(S22)Nb3Ge和厚度为2nm的覆盖层Ru。上述超导多层膜的生长条件备底真空5×10-7帕；溅射用高纯度氩气气压0.07帕；溅射功率120瓦；样品架旋转速率20rmp；生长温度室温；生长速率0.3～1.1埃/秒；生长时间薄膜厚度/生长速率；沉积好的超导多层膜采用现有技术中的微加工技术，即首先经过涂胶、前烘，再在电子束曝光机上，根据所需的闭合状椭圆环对片基进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导多层膜刻成闭合形状，最后用去胶剂浸泡进行去胶，即形成闭合椭圆环几何结构，椭圆环的短轴内径为500nm，短轴外径为800nm，长轴内径为2500nm，长轴外径为2800nm，椭圆环的短轴与长轴内径的比值为1∶5。然后在此刻蚀成形的闭合形状的超导多层膜上，利用常规的薄膜生长手段，例如磁控溅射、电子束蒸发、脉冲激光沉积、化学沉积、分子束外延等，沉积一层50nm厚的SiO2绝缘层，将各闭合环状多层膜进行掩埋并且相互隔离，采用现有技术中的微加工技术进行刻蚀，即首先在聚焦离子束设备上定位到沉积有闭合环状多层膜的位置，接着利用聚焦离子束刻蚀方法对SiO2绝缘层进行刻蚀，使得绝缘层下掩埋的闭合形状的超导多层膜暴露。最后利用高真空磁控溅射设备沉积一层厚度为5nm的导电层Ag，生长条件如前所述，用常规半导体微加工工艺加工出电极，即首先经过涂胶、前烘，再在紫外、深紫外曝光机上，利用带有待加工图案的光刻版进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导多层膜上的导电层刻成四个电极的形状，最后用去胶剂浸泡进行去胶，即得到本发明的双势垒型闭合形状的超导多层膜，其结构示意图如图3所示。
实施例7、制备双势垒型闭合矩形环状的超导多层膜利用高真空磁控溅射设备在经过常规方法清洗的1mm厚的Si/SiO2衬底上依次沉积厚度为2nm的下部缓冲层Ta，厚度为10nm的第一超导层(S21)Nb，然后沉积1nm的Al，经等离子体氧化50秒形成的绝缘层作为第一中间势垒层(I21)，在该层上沉积厚度为3nm的中间导电层(IC)Nb，然后再沉积1nm的Al，经等离子体氧化50秒形成的绝缘层作为第二中间势垒层(I22)，在该层上依次沉积厚度为10nm的第二超导层(S22)Nb和厚度为2nm的覆盖层Au。上述超导多层膜的生长条件备底真空5×10-7帕；溅射用高纯度氩气气压0.07帕；溅射功率120瓦；样品架旋转速率20rmp；生长温度室温；生长速率0.3～1.1埃/秒；生长时间薄膜厚度/生长速率；沉积好的超导多层膜采用现有技术中的微加工技术，即首先经过涂胶、前烘，再在电子束曝光机上，根据所需的闭合状矩形环对片基进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导多层膜刻成闭合形状，最后用去胶剂浸泡进行去胶，即形成闭合状矩形环几何结构，矩形环的短边内宽度为500nm，短边外宽度为800nm，长边内宽度为500nm，长边外宽度为800nm，矩形环的短边与长边内宽度的比值为1∶1。然后在此刻蚀成形的闭合形状的超导多层膜上，利用常规的薄膜生长手段，例如磁控溅射、电子束蒸发、脉冲激光沉积、化学沉积、分子束外延等，沉积一层50nm厚的SiO2绝缘层，将各闭合环状多层膜进行掩埋并且相互隔离，采用现有技术中的微加工技术进行刻蚀，即首先在聚焦离子束设备上定位到沉积有闭合环状多层膜的位置，接着利用聚焦离子束刻蚀方法对SiO2绝缘层进行刻蚀，使得绝缘层下掩埋的闭合形状的超导多层膜暴露。最后利用高真空磁控溅射设备沉积一层厚度为5nm的导电层Ag，生长条件如前所述，用常规半导体微加工工艺加工出电极，即首先经过涂胶、前烘，再在紫外、深紫外曝光机上，利用带有待加工图案的光刻版进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导多层膜上的导电层刻成四个电极的形状，最后用去胶剂浸泡进行去胶，即得到本发明的双势垒型闭合形状的超导多层膜，其结构示意图如图4所示。
实施例8、制备双势垒型闭合矩形环状的超导多层膜利用高真空磁控溅射设备在经过常规方法清洗的1mm厚的Si/SiO2衬底上依次沉积厚度为2nm的下部缓冲层Ta，厚度为10nm的第一超导层(S21)Nb3Sn，然后沉积1nm的Al，经等离子体氧化50秒形成的绝缘层作为第一中间势垒层(I21)，在该层上沉积厚度为3nm的中间导电层(IC)Nb3Sn，然后再沉积1nm的Al，经等离子体氧化50秒形成的绝缘层作为第二中间势垒层(I22)，在该层上依次沉积厚度为10nm的第二超导层(S22)Nb3Sn和厚度为2nm的覆盖层Ru。上述超导多层膜的生长条件备底真空5×10-7帕；溅射用高纯度氩气气压0.07帕；溅射功率120瓦；样品架旋转速率20rmp；生长温度室温；生长速率0.3～1.1埃/秒；生长时间薄膜厚度/生长速率；沉积好的超导多层膜采用现有技术中的微加工技术，即首先经过涂胶、前烘，再在电子束曝光机上，根据所需的闭合状矩形环对片基进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导多层膜刻成闭合形状，最后用去胶剂浸泡进行去胶，即形成闭合矩形环几何结构，矩形环的短边内宽度为500nm，短边外宽度为800nm，长边内宽度为2500nm，长边外宽度为2800nm，矩形环的短边与长边内宽度的比值为1∶5。然后在此刻蚀成形的闭合形状的超导多层膜上，利用常规的薄膜生长手段，例如磁控溅射、电子束蒸发、脉冲激光沉积、化学沉积、分子束外延等，沉积一层50nm厚的SiO2绝缘层，将各闭合环状多层膜进行掩埋并且相互隔离，采用现有技术中的微加工技术进行刻蚀，即首先在聚焦离子束设备上定位到沉积有闭合环状多层膜的位置，接着利用聚焦离子束刻蚀方法对SiO2绝缘层进行刻蚀，使得绝缘层下掩埋的闭合形状的超导多层膜暴露。最后利用高真空磁控溅射设备沉积一层厚度为5nm的导电层Ag，生长条件如前所述，用常规半导体微加工工艺加工出电极，即首先经过涂胶、前烘，再在紫外、深紫外曝光机上，利用带有待加工图案的光刻版进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导多层膜上的导电层刻成四个电极的形状，最后用去胶剂浸泡进行去胶，即得到本发明的双势垒型闭合形状的超导多层膜，其结构示意图如图4所示。
实施例9～13、按照实施例1、2相同的方法，利用微加工方法制备单势垒型闭合椭圆环状的超导多层膜，其超导多层膜的各层材料和厚度列于表1中。
表1、本发明的单势垒型闭合椭圆环状的超导多层膜的结构
实施例14～18、按照实施例3、4相同的方法，利用微加工方法制备单势垒型闭合矩形环状的超导多层膜，其超导多层膜的各层材料和厚度列于表2中。
表2、本发明的单势垒型闭合矩形环状的超导多层膜的结构
实施例19～23、按照实施例5、6相同的方法，利用微加工方法制备双势垒型闭合椭圆环状的超导多层膜，其超导多层膜的各层材料和厚度列于表3中。
表3、本发明的双势垒型闭合椭圆环状的超导多层膜的结构
实施例24～28、按照实施例7、8相同的方法，利用微加工方法制备双势垒型闭合矩形环状的超导多层膜，其超导多层膜的各层材料和厚度列于表4中。
表4、本发明的双势垒型闭合矩形环状的超导多层膜的结构
实施例29、基于单势垒型的闭合超导椭圆环状多层膜的超导隧道二极管1、利用高真空磁控溅射设备在经过常规方法清洗的1mm厚的Si/SiO2衬底上依次沉积厚度为2nm的下部缓冲层Ta；厚度为3nm的第一超导层(S11)Nb，作为超导隧道二极管的基电极；然后沉积1nm的Al，经等离子体氧化50秒形成的绝缘层构成中间势垒层(I11)，作为隧道二极管的绝缘势垒层；在该中间势垒层上依次沉积厚度为5nm的第二超导层(S12)Nb。上述超导多层膜的生长条件备底真空5×10-7帕；溅射用高纯度氩气气压0.07帕；溅射功率120瓦；样品架旋转速率20rmp；生长温度室温；生长速率0.3～1.1埃/秒；生长时间薄膜厚度/生长速率；2、沉积好的超导多层膜采用现有技术中的微加工技术，即首先经过涂胶、前烘，再在电子束曝光机上，根据所需的闭合椭圆环对片基进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导多层膜刻成闭合形状，最后用去胶剂浸泡进行去胶，即形成闭合状椭圆环几何结构，椭圆环的短轴内径为500nm，短轴外径为800nm，长轴内径为600nm，长轴外径为900nm，椭圆环的短轴与长轴内径的比值为1∶1.2。
3、然后在此刻蚀成形的闭合形状的超导多层膜上，利用常规的薄膜生长手段，例如磁控溅射、电子束蒸发、脉冲激光沉积、化学沉积、分子束外延等，沉积一层100nm厚的SiO2绝缘层，将各闭合环状多层膜进行掩埋并且相互隔离，采用现有技术中的微加工技术进行刻蚀，即首先在聚焦离子束设备上定位到沉积有闭合椭圆环状多层膜的位置，接着利用聚焦离子束刻蚀方法对SiO2绝缘层进行刻蚀，使得绝缘层下掩埋的闭合形状的超导多层膜暴露。再利用高真空磁控溅射设备沉积一层厚度为2nm的导电层Nb，作为超导隧道二极管的上电极；生长条件如前所述。用常规半导体微加工工艺加工出电极，即首先经过涂胶、前烘，再在紫外、深紫外曝光机上，利用带有待加工图案的光刻版进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导多层膜上的导电层刻成电极的形状，用去胶剂浸泡进行去胶。
4、最后再利用常规的薄膜生长手段，沉积一层100nm厚的SiO2绝缘层，再采用现有技术中的微加工技术进行刻蚀，即首先在聚焦离子束设备上定位到电极位置，接着利用聚焦离子束刻蚀方法对SiO2绝缘层进行刻蚀，使得绝缘层下掩埋的电极暴露。然后利用高真空磁控溅射设备沉积一层厚度为2nm的导电层Nb，作为超导隧道二极管的控制极；生长条件如前所述。用常规半导体微加工工艺加工出电极，即首先经过涂胶、前烘，再在紫外、深紫外曝光机上，利用带有待加工图案的光刻版进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导多层膜上的导电层刻成电极的形状，用去胶剂浸泡进行去胶。即得到基于本发明的单势垒型闭合超导环状多层膜的超导隧道二极管。
实施例30、基于双势垒型的闭合超导椭圆环状多层膜的超导隧道三极管1、利用高真空磁控溅射设备在经过常规方法清洗的1mm厚的Si/SiO2衬底上依次沉积厚度为2nm的下部缓冲层Ta，厚度为30nm的第一超导层(S21)Nb3Ge，作为超导隧道三极管的集电区；然后沉积1nm的Al，经等离子体氧化50秒形成的绝缘层作为第一中间势垒层(I21)；在该层上沉积厚度为5nm的中间导电层(IC)Nb3Ge，作为超导隧道三极管的基区；上述中间导电层(IC)、第一中间势垒层(I21)和第一超导层(S21)构成集电结。然后在中间导电层上沉积1nm的Al，经等离子体氧化50秒形成的绝缘层作为第二中间势垒层(I22)，在该层上依次沉积厚度为10nm的第二超导层(S22)Nb3Ge，作为超导隧道三极管的发射区；上述中间导电层(IC)、第二中间势垒层(I22)和超导层(S22)构成发射结。上述超导多层膜的生长条件备底真空5×10-7帕；溅射用高纯度氩气气压0.07帕；溅射功率120瓦；样品架旋转速率20rmp；生长温度室温；生长速率0.3～1.1埃/秒；生长时间薄膜厚度/生长速率；2、沉积好的超导多层膜采用现有技术中的微加工技术，即首先经过涂胶、前烘，再在电子束曝光机上，根据所需的闭合状椭圆环对片基进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导多层膜刻成闭合形状，以及把电极的形状刻出，最后用去胶剂浸泡进行去胶，即超导多层膜形成闭合椭圆环几何结构，椭圆环的短轴内径为500nm，短轴外径为800nm，长轴内径为600nm，长轴外径为900nm，椭圆环的短轴与长轴内径的比值为1∶1.2。
3、在此刻蚀成形的闭合形状的超导多层膜上，利用常规的薄膜生长手段，例如磁控溅射、电子束蒸发、脉冲激光沉积、化学沉积、分子束外延等，沉积一层100nm厚的SiO2绝缘层，将各闭合环状多层膜进行掩埋并且相互隔离，采用现有技术中的微加工技术进行刻蚀，即首先在聚焦离子束设备上定位到沉积有闭合环状多层膜和底电极的位置，接着利用聚焦离子束刻蚀方法对SiO2绝缘层进行刻蚀，使得绝缘层下掩埋的闭合形状的超导多层膜以及底电极暴露。
4、在前述基础上利用高真空磁控溅射设备沉积一层厚度为5nm的导电层Nb3Ge，生长条件如前所述，用常规半导体微加工工艺加工出电极，即首先经过涂胶、前烘，再在紫外、深紫外曝光机上，利用带有待加工图案的光刻版进行曝光，接着显影、定影、后烘，再用离子刻蚀方法把超导多层膜上的导电层刻成顶电极的形状，用去胶剂浸泡进行去胶；5、然后与上述半导体微加工工艺相同，即首先经过涂胶、前烘，再在紫外、深紫外曝光机上，利用带有待加工图案的光刻版进行曝光，接着显影、定影、后烘，再利用高真空磁控溅射设备沉积一层厚度为5nm的导电层Nb3Ge，生长条件如前所述。然后把聚焦离子束设备定位到沉积有中间电极的位置，再用离子刻蚀方法把超导多层膜上的导电层刻成中间电极的形状，用去胶剂浸泡进行去胶。最后使底电极、中间电极以及顶电极进行合理的电压偏置即得到基于本发明的双势垒型闭合超导环状多层膜的共基极或共发射极超导隧道三极管。
实施例31、基于单势垒型的闭合超导椭圆环状多层膜的磁控变阻元件1、利用高真空磁控溅射设备在经过常规方法清洗的1mm厚的Si/SiO2衬底上依次沉积厚度为2nm的下部缓冲层Ta，厚度为5nm的第一超导层(S11)Pb，然后沉积1nm的Al，经等离子体氧化50秒形成的绝缘层作为中间势垒层(I11)，在该中间势垒层上依次沉积厚度为5nm的第二超导层(S12)Nb和厚度为4nm的覆盖层Ru。上述超导多层膜的生长条件备底真空5×10-7帕；溅射用高纯度氩气气压0.07帕；溅射功率120瓦；样品架旋转速率20rmp；生长温度室温；生长速率0.3～1.1埃/秒；生长时间薄膜厚度/生长速率；
2、沉积好的超导多层膜采用现有技术中的微加工技术，即首先经过涂胶、前烘，再在电子束曝光机上，根据所需的闭合椭圆环对片基进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导多层膜刻成闭合形状，最后用去胶剂浸泡进行去胶，即形成闭合状椭圆环几何结构，椭圆环的短轴内径为500nm，短轴外径为800nm，长轴内径为2500nm，长轴外径为2800nm，椭圆环的短轴与长轴内径的比值为1∶5。
3、然后在此刻蚀成形的闭合形状的超导多层膜上，利用常规的薄膜生长手段，例如磁控溅射、电子束蒸发、脉冲激光沉积、化学沉积、分子束外延等，沉积一层100nm厚的SiO2绝缘层，将各闭合环状多层膜进行掩埋并且相互隔离，采用现有技术中的微加工技术进行刻蚀，即首先在聚焦离子束设备上定位到沉积有闭合椭圆环状多层膜的位置，接着利用聚焦离子束刻蚀方法对SiO2绝缘层进行刻蚀，使得绝缘层下掩埋的闭合形状的超导多层膜暴露。
4、最后利用高真空磁控溅射设备沉积一层厚度为2nm的导电层Nb，生长条件如前所述，用常规半导体微加工工艺加工出电极，即首先经过涂胶、前烘，再在紫外、深紫外曝光机上，利用带有待加工图案的光刻版进行曝光，接着显影、定影、后烘，然后用离子刻蚀方法把超导多层膜上的导电层刻成四个电极的形状，再用去胶剂浸泡进行去胶。由于第一超导层(S11)和第二超导层(S12)分别用临界磁场HC不同的超导材料Pb和Nb；则当所提供的外磁场强度达到一种材料的临界磁场HC时该材料失去超导性，造成电阻变化，从而得到基于本发明的单势垒型的闭合超导椭圆环状多层膜的磁控变阻元件。
权利要求
1.一种闭合的超导环状多层膜，包括常规的超导多层膜的各层，其特征在于所述的超导多层膜的横截面呈闭合的椭圆环或者矩形环，其中椭圆内环的短轴为10～100000nm，短轴与长轴的比值为1∶1～5，椭圆外环的短轴为20～200000nm；矩形内环的宽度为10～100000nm，矩形外环的宽度为20～200000nm，矩形内环的宽度与长度的比值为1∶1～5。
2.一种单势垒型闭合超导环状多层膜，其核心结构包括一衬底及其上的下部缓冲层，在所述的下部缓冲层上依次沉积的第一超导层、中间势垒层、第二超导层及覆盖层，其特征在于所述的超导多层膜的横截面呈闭合的椭圆环或者矩形环，其中椭圆内环的短轴为10～100000nm，短轴与长轴的比值为1∶1～5，椭圆外环的短轴为20～200000nm；矩形内环的宽度为10～100000nm，矩形外环的宽度为20～200000nm，矩形内环的宽度与长度的比值为1∶1～5。
3.如权利要求2所述的单势垒型闭合超导环状多层膜，其特征在于所述的衬底为常规衬底或单晶衬底；厚度为0.3～1mm；所述的下部缓冲层由Ta、Ru、Cr、Au、Ag、Pt、W、Ti、Cu、Al、SrTiO3、LaAlO3或CeO2材料组成，厚度为2～200nm；所述的超导层由超导材料组成，其厚度为1～200nm；所述的中间势垒层由正常金属层、半导体层或者绝缘体势垒层构成，其厚度为0.5～100nm；所述的覆盖层由不易被氧化的金属材料组成，厚度为2～10nm。
4.如权利要求3所述的单势垒型闭合超导环状多层膜，其特征在于所述的常规衬底为Si、Si/SiO2、SiC、SiN、Ge或GaAs衬底；所述的单晶衬底为蓝宝石、石英、LaAlO3、SrTiO3、MgO；所述的超导材料为Nb、Sn、Pb、In、Ta、Nb-Ti、Mo-Re、V3Si、NbN、Nb3Sn、Nb3Ge、Pb-In-Au、Pb-Au、C60、MgB2、或是M1、M2、Cu和O组成的氧化物系列，其中，金属元素M1为Y、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Ho、Er、Yb或Lu，金属元素M2为Ba、Sr、Ca、Mg或Ra；所述的中间势垒层为SrTiO3、AlN、CeO2、Eu2CuO4、PrBa2Cu3O7-x、LaAlO3、Al2O3，MgO、Cu、Fe、Co、Ni、Ag或Ag-Au，或是由第一超导层氧化而成；所述的覆盖层的不易被氧化的金属材料为Ta、Cu、Ru、Pt、Ag、Au或Cr。
5.一种双势垒型闭合超导环状多层膜，其核心结构包括一衬底及其上的下部缓冲层，在所述的下部缓冲层上依次沉积的第一超导层、第一中间势垒层、中间导电层、第二中间势垒层、第二超导层及覆盖层，其特征在于所述的超导多层膜的横截面呈闭合的椭圆环或者矩形环，其中椭圆内环的短轴为10～100000nm，短轴与长轴的比值为1∶1～5，椭圆外环的短轴为20～200000nm；矩形内环的宽度为10～100000nm，矩形外环的宽度为20～200000nm，矩形内环的宽度与长度的比值为1∶1～5。
6.如权利要求5所述的双势垒型闭合超导环状多层膜，其特征在于所述的衬底为常规衬底或单晶衬底；厚度为0.3～1mm；所述的下部缓冲层由Ta、Ru、Cr、Au、Ag、Pt、W、Ti、Cu、Al、SrTiO3、LaAlO3或CeO2材料组成，厚度为2～200nm；所述的超导层由超导材料组成，其厚度为2～300nm；所述的中间势垒层由正常金属层、半导体层或者绝缘体势垒层构成，其厚度为0.5～20nm；所述的中间导电层由正常金属材料或超导材料层构成，其厚度为0.5～100nm；所述的覆盖层由不易被氧化的金属材料组成，厚度为2～10nm。
7.如权利要求6所述的双势垒型闭合超导环状多层膜，其特征在于所述的常规衬底为Si、Si/SiO2、SiC、SiN、Ge或GaAs衬底；所述的单晶衬底为蓝宝石、石英、LaAlO3、SrTiO3、MgO；所述的超导层和中间电导层的超导材料为Nb、Sn、Pb、In、Ta、Nb-Ti、Mo-Re、V3Si、NbN、Nb3Sn、Nb3Ge、Pb-In-Au、Pb-Au、C60、MgB2、或是M1、M2、Cu和O组成氧化物系列，其中，金属元素M1为Y、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Ho、Er、Yb或Lu，金属元素M2为Ba、Sr、Ca、Mg或Ra；所述的中间势垒层为SrTiO3、AlN、CeO2、Eu2CuO4、PrBa2Cu3O7-x、LaAlO3、Al2O3，MgO、Cu、Fe、Co、Ni、Ag或Ag-Au，或是由第一超导层氧化而成；所述的中间导电层的正常金属材料为Au、Ag、Au-Ag或Cu；所述的覆盖层的不易被氧化的金属材料为Ta、Cu、Ru、Pt、Ag、Au或Cr。
8.一种利用微加工方法制备权利要求1至7之一所述的闭合超导环状多层膜的方法，包括如下的步骤1)选择一个衬底，经过常规方法清洗之后，在常规的薄膜生长设备上沉积下部缓冲层；2)利用常规的薄膜生长手段，在下部缓冲层上依次沉积本发明的单势垒型闭合超导环状多层膜的第一超导层、中间势垒层、第二超导层以及覆盖层；或是利用常规的薄膜生长手段在下部缓冲层上依次沉积本发明的双势垒型闭合超导环状多层膜的第一超导层、第一中间势垒层、中间导电层、第二中间势垒层、第二超导层以及覆盖层；3)采用微加工工艺将步骤2)中沉积了超导多层膜的衬底加工成闭合环状结构；所述的闭合状图形包括矩形环和椭圆环；4)在步骤3)得到的刻蚀成形的闭合的超导环状多层膜上，利用常规的薄膜生长手段，沉积一层绝缘层将各闭合环状多层膜进行掩埋并且相互隔离；5)利用微加工工艺的紫外、深紫外曝光或电子束曝光方法，以及聚焦离子束刻蚀或者化学反应干刻或化学反应湿刻，在沉积有闭合环状多层膜的位置上对绝缘层进行刻蚀使绝缘层下掩埋的超导环状多层膜暴露，得到本发明的闭合的超导环状多层膜。
9.如权利要求8所述的制备闭合超导环状多层膜的方法，还进一步包括如下的步骤6)利用常规的薄膜生长手段，沉积一层导电层；所述的导电层为电阻率较小的正常金属或超导材料，厚度为2～200nm；7)利用常规的半导体微加工工艺，将导电层加工成电极，每个闭合环状结构引出四个电极，得到含有本发明的闭合的超导环状多层膜的元器件。
10.权利要求1至7之一所述的闭合超导环状多层膜在以超导环状多层膜为核心的各种器件中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种闭合的超导环状多层膜，其特征在于所述的超导多层膜的横截面呈闭合的椭圆环或矩形环；椭圆内环的短轴为10～100000nm，短轴与长轴的比值为1∶1～5，椭圆外环的短轴为20～200000nm；矩形内环的宽度为10～100000nm，矩形外环的宽度为20～200000nm，矩形内环的宽度与长度的比值为1∶1～5。按照势垒层数的不同分类，该闭合的超导环状多层膜包括单势垒型和双势垒型，其可以通过微加工方法来制备。本发明的闭合超导环状多层膜在保持超导多层膜原有特征和性能的情况下，还具有较小的结电容和功耗等优点，能够满足大规模产品化的要求，能够广泛应用于以超导环状多层膜为核心的各种器件。
文档编号H01L39/22GK101034729SQ200610056830
公开日2007年9月12日 申请日期2006年3月7日 优先权日2006年3月7日
发明者温振超, 刘东屏, 韩宇男, 马明, 覃启航, 韩秀峰 申请人:中国科学院物理研究所