一种铌基超导量子比特制备平台

1.本实用新型属于超导量子领域，尤其涉及一种铌基超导量子比特制备平台。


背景技术：

2.随着2019年谷歌成功实现了“量子优势”，超导量子计算的研究正引起人们更加广泛的关注，在十四五计划中，我国更是将量子技术列为国家战略优先布局。超导量子比特是拥有量子化能级、量子态叠加和量子态纠缠等量子力学特性的宏观器件，目前被广泛应用于量子物理、原子物理、量子光学、量子化学、量子模拟和量子计算等诸多领域中。由于以超导量子比特为基本单元的超导量子计算，有全固态、易扩展、与现有操控技术兼容性好的特点，是诸多量子计算的方案中最有希望实现大规模普适量子计算的方案之一。
3.主流的超导量子比特以金属铝薄膜为基底，而近期的研究标明利用硬金属，如铌等材料的薄膜为基底制备超导量子比特有诸多金属铝为基底制备超导量子比特所不具备的优点。相关研究指出以金属铌为基底制备的超导量子比特，金属铌薄膜制备完成后在后续加工步骤中会被空气中的氧气氧化，这些氧化物对超导量子比特的性能有着严重的负面影响。目前解决这一问题的方法是在生长氧化层之后，对氧化层进行化学腐蚀去除。但是如果可以从源头上减弱金属铌的氧化，可以将氧化的影响进一步降低。


技术实现要素：

4.因此，本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种铌基超导量子比特制备平台。可在本实用新型的铌基超导量子比特制备平台中实现超高真空环境下的铌薄膜生长，并在将生长好的铌薄膜取出装置之前对其进行光刻胶涂胶保护。而且超导量子比特的后续加工过程中，本就需要对铌薄膜进行光刻胶涂胶，因此本实用新型的铌基超导量子比特制备平台既可以对在超高真空环境下生长的铌薄膜进行防氧化保护，又可以用于后续加工，提高制备效率。
5.为实现上述目的，本实用新型的第一方面提供了一种铌基超导量子比特制备平台，所述铌基超导量子比特制备平台包括：主真空腔体、预真空腔体和第一高真空阀；其中，所述第一高真空阀位于所述主真空腔体和所述预真空腔体中间，隔开所述主真空腔体和所述预真空腔体；
6.优选地，所述第一高真空阀选自以下一种或多种：高真空闸板阀、高真空蝶阀、高真空球阀，最优选为高真空闸板阀。
7.根据本实用新型第一方面的铌基超导量子比特制备平台，其中，所述主真空腔体包括：磁控溅射靶、主真空室、第四高真空阀和第二高真空抽气机组；
8.优选地，所述主真空室包括样品平台和第二观察窗。
9.根据本实用新型第一方面的铌基超导量子比特制备平台，其中，所述磁控溅射靶与所述主真空室相连；和/或
10.所述第四高真空阀位于所述主真空室和所述第二高真空抽气机组中间，隔开所述
主真空室和所述第二高真空抽气机组。
11.根据本实用新型第一方面的铌基超导量子比特制备平台，其中，所述预真空腔体包括：滴胶杆、高真空阀、预真空室、氮气阀、第一高真空抽气机组、甩胶电机和抽气电机管；
12.优选地，所述预真空室包括基片匀胶平台和第一观察窗；和/或
13.优选地，所述高真空阀包括第二高真空阀和第三高真空阀。
14.根据本实用新型第一方面的铌基超导量子比特制备平台，其中，所述预真空腔体还包括真空开关；
15.优选地，所述真空开关控制所述基片匀胶平台进行吸片。
16.根据本实用新型第一方面的铌基超导量子比特制备平台，其中，所述滴胶杆密封，光刻胶位于所述滴胶杆中；和/或
17.所述第二高真空阀位于所述滴胶杆与所述预真空室中间，隔开所述滴胶杆与所述预真空室；
18.优选地，所述光刻胶选自以下一种或多种：s18系列、spr220系列、spr955系列、lor系列。
19.根据本实用新型第一方面的铌基超导量子比特制备平台，其中，所述预真空室中的基片匀胶平台一端连接甩胶电机、真空开关和抽气电机管；
20.所述预真空室一端连接氮气阀；和/或
21.所述第三高真空阀位于所述氮气阀和所述第一高真空抽气机组中间；
22.优选地，所述真空开关位于所述甩胶电机和所述抽气电机管中间。
23.根据本实用新型第一方面的铌基超导量子比特制备平台，其中，所述主真空室和所述预真空室均还包括真空计；和/或
24.所述样品平台和所述基片匀胶平台在竖直方向通过升降对样品进行夹载和传送；
25.优选地，所述第二高真空阀、所述第三高真空阀和所述第四高真空阀选自以下一种或多种：高真空闸板阀、高真空蝶阀、高真空球阀，最优选为高真空闸板阀。
26.根据本实用新型第一方面的铌基超导量子比特制备平台，其中，所述甩胶电机的转速为10～10000转/min，优选为10～7000转/min，进一步优选为20～5000转/min；和/或
27.所述第一高真空抽气机组和所述第二高真空抽气机组中的真空度为5
×
10-4
pa～7
×
10-4
pa，更优选为5
×
10-4
pa～6
×
10-4
pa，进一步优选为5
×
10-4
pa。
28.根据本实用新型第一方面的铌基超导量子比特制备平台，其中，所述铌基超导量子比特制备平台还包括样品推送杆，所述样品通过样品推送杆在所述主真空室和所述预真空室之间传送；
29.优选地，所述样品推送杆包括样品盘插槽；
30.更优选地，所述样品盘插槽可容纳基片的大小为1～5英寸，进一步优选为2～4英寸。
31.本实用新型的铌基超导量子比特制备平台可以具有但不限于以下有益效果：
32.(1)本实用新型的铌基超导量子比特制备平台可以解决铌基超导量子比特制备过程中金属铌膜被氧化的问题。实现超高真空环境下的铌薄膜生长，避免了样品上的金属铌膜因接触空气中的氧气而发生氧化，起到防氧化保护的作用，还可以用于后续加工，提高制备效率。
33.(2)本实用新型的铌基超导量子比特制备平台在高纯氮气中进行旋涂光刻胶，因此还可以解决空气中旋涂光刻胶的落尘污染问题。
34.(3)本实用新型的铌基超导量子比特制备平台可以应用于所有在硅基片、蓝宝石基片等上制备的铌基超导量子比特。既可以实现对超导金属薄膜氧化的保护，又可以避免在空气中涂光刻胶的尘埃污染问题。
附图说明
35.以下，结合附图来详细说明本实用新型的实施方案，其中：
36.图1示出了实施例1中的铌基超导量子比特制备平台的结构示意图。
37.附图标记说明：
38.a、主真空腔体；b、预真空腔体；1、第一高真空闸板阀；2、样品推送杆；3、磁控溅射靶；4、主真空室；5、样品平台；6、第二观察窗；7、第四高真空闸板阀；8、第二高真空抽气组；9、预真空室；10、滴胶杆；11、第二高真空闸板阀；12、第一观察窗；13、基片匀胶平台；14、第一高真空抽气组；15、第三高真空闸板阀；16、氮气阀；17、甩胶电机；18、真空开关；19、电机抽气管。
具体实施方式
39.下面通过具体的实施例进一步说明本实用新型，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本实用新型。
40.本部分对本实用新型试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本实用新型目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本实用新型仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本实用新型所用材料和操作方法是本领域公知的。
41.实施例1
42.本实施例用于说明本实用新型铌基超导量子比特制备平台的结构。
43.图1示出了实施例1中的铌基超导量子比特制备平台的结构示意图。如附图1所示，本实用新型的装置主要包含两大部分，左边的主真空腔体(a)与右边的预真空腔体(b)，还包括了第一高真空闸板阀(1)和样品推送杆(2)。
44.主真空腔体(a)与预真空腔体(b)均配套一个高真空抽气机组，可达优于5
×
10-4
pa的真空度。两腔体之间利用第一高真空闸板阀(1)隔开，以避免主真空室被污染，待加工样品可以通过腔体之间的样品推送杆(2)在两腔体之间传送。
45.所述主真空腔体包括：磁控溅射靶(3)、主真空室(4)、第四高真空闸板阀(7)和第二高真空抽气机组(8)，其中，所述主真空室包括样品平台(5)和第二观察窗(6)。
46.所述磁控溅射靶(3)与所述主真空室(4)相连，所述第四高真空闸板阀(7)位于所述主真空室(4)和所述第二高真空抽气机组(8)中间，隔开所述主真空室和所述第二高真空抽气机组。
47.所述预真空腔体包括：滴胶杆(10)、第二高真空闸板阀(11)、第三高真空闸板阀(15)、预真空室(9)、氮气阀(16)、第一高真空抽气机组(14)、甩胶电机(17)、真空开关(18)和抽气电机管(19)，其中，所述预真空室(9)包括基片匀胶平台(13)和第一观察窗(12)。
48.滴胶杆可以加入多种光刻胶并可密封，所述第二高真空闸板阀位于所述滴胶杆与所述预真空室中间，隔开所述滴胶杆与所述预真空室。预真空室中的基片匀胶平台下方连接甩胶电机、真空开关和抽气电机管，预真空室一端连接氮气阀，第三高真空闸板阀位于所述氮气阀和所述第一高真空抽气机组中间，所述真空开关位于所述甩胶电机和所述抽气电机管中间。所述真空开关可实现样品吸片、旋转甩胶(甩胶电机可实现20-5000转每分钟转速)。
49.所述主真空室和所述预真空室均还各安装一组真空计以显示各腔室中的真空度，样品平台与基片匀胶平台均可在竖直方向实现升降，以便样品的夹载和传送。
50.实施例2
51.本实施例用于说明本实用新型铌基超导量子比特制备平台的使用流程。
52.预真空室(9)的第一观察窗(12)可以在氮气阀(16)打开放气至大气压后打开，打开后样品可被放在样品推送杆(2)的样品盘插槽上(样品盘可容纳面积为2英寸、4英寸的基片)，本实施例所使用的是面积2英寸的蓝宝石圆基片，厚度0.4毫米。关闭预真空室(9)的第一观察窗(12)后可以将预真空室(9)抽真空，真空达标后可打开两真空室之间的第一高真空闸板阀(1)并将样品传送到主真空室(4)，到样品平台(5)位置后样品推送杆(2)插槽松开样品就位，样品推送杆(2)退回预真空室(9)，关闭两真空室之间第一高真空闸板阀(1)，进行磁控溅射步骤。
53.磁控溅射过程完毕后，基片上被生长了制备超导量子比特所需的金属薄膜(铌薄膜)。此时打开两真空室之间的第一高真空闸板阀(1)，利用样品推送杆(2)将样品盘从主真空室(4)取出送回预真空室(9)的基片匀胶平台上(13)，关闭两真空室之间的第一高真空闸板阀(1)。
54.在预真空室(9)中通过氮气阀(16)向预真空室中缓慢通入高纯氮气，待预真空室的气压升至100
±
5pa时，开启甩胶电机(17)下的真空开关(18)并通过电机抽气管(19)抽气，完成基片匀胶平台吸片。此后打开滴胶杆(10)下的第二高真空闸板阀(11)，将光刻胶滴在样品上，关闭滴胶杆(10)下的第二高真空闸板阀(11)。启动甩胶电机(17)，开始甩胶。甩胶完成后关闭甩胶电机下的真空开关停止吸片。
55.在预真空室中快速通入高纯氮气，使预真空室中的气压到达大气压，打开预真空室的第一观察窗(12)，取出样品。
56.由于此时样品上已经完成了光刻胶的旋涂，且此前样品金属薄膜始终处于高真空或无氧气环境中就避免了样品上的金属铌膜因接触空气中的氧气而发生氧化。而且，本发明平台在高纯氮气中进行旋涂光刻胶，因此还可以解决空气中旋涂光刻胶的落尘污染问题。
57.尽管本实用新型已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本实用新型的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本实用新型不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。