一种约瑟夫森结测试方法及其应用与流程

本申请属于量子信息领域，尤其是量子芯片制造领域，特别地，本申请涉及一种。

背景技术：

1、约瑟夫森结是量子芯片的核心部位。约瑟夫森结构为三明治形的al-al2o3-al结构。其中的中间层即al2o3为氧化层，且厚度约为1nm至2nm之间。其中的氧化层的对约瑟夫森结的性能起到重要的影响。目前，对约瑟夫森结的研究主要集中于结电阻，而缺少对其元素构成的相关研究。

技术实现思路

1、本申请的示例提供了一种约瑟夫森结测试方法及其应用，其能够用于对约瑟夫森结进行元素分析，以便获得与约瑟夫森结的元素特征相关联的内容，从而可以被用于评估和分析约瑟夫森结及其制造工艺。

2、本申请示例的方案，通过如下内容实施。

3、在第一方面，本申请的示例提出了一种约瑟夫森结测试方法。

4、该方法包括：

5、提供约瑟夫森结，该约瑟夫森结具有依次层叠的第一超导体、势垒层以及第二超导体；以及

6、至少对势垒层进行元素测量。

7、目前，对于约瑟夫森结而言多关注其结电阻和其制作工艺。而对于其进行元素分析，从而基于此进行结的品质进行评估、判断的研究罕见。因此，在本申请的示例中选择通过对约瑟夫森结的至少势垒层进行元素测量，以便进行元素分析—如元素的种类、含量以及分布等—从而为定性或定量地评估结的质量以及改进工艺提供的积极的意义，如缩短制造周期、提高良率、改善产品一致性等。

8、根据本申请的一些示例，元素测量被实施以确定势垒层中的一种或多种元素的含量；

9、或者，元素测量被实施以确定同一种元素在第一超导体、势垒层以及第二超导体中各自的含量。

10、根据本申请的一些示例，含量反映的是元素在约瑟夫森结局部相或体相中的分布。

11、在第二方面，本申请的示例提出了一种约瑟夫森结测试方法。其包括：

12、提供约瑟夫森结，具有从厚度方向确定的断面，约瑟夫森结位于层叠区的势垒层具有长度尺寸和厚度尺寸，长度尺寸和厚度尺寸通过势垒层在断面内的边缘被定义；

13、至少对势垒层沿长度尺寸方向的至少两个区域分别进行测量操作，以获得与区域数量相同且一一对应的至少两个测量数据，测量数据含有对应区域中的各种元素的特征信息；

14、处理至少两个测量数据，以获得约瑟夫森结中各种元素的分析结果。

15、通过对至少对势垒层的沿长度尺寸方向的至少两个区域分别进行测量操作，可以获得多个区域的元素测量数据，因此，从而能够提供更大的数据样本，因此，可以更接近实际地反映当前所测量的约瑟夫森结对象中的元素情况。也因此，利用结中的更真实和反映实际的元素情况，能够有助于获得更有效的关于约瑟夫森结质量和制造工艺的内容。

16、根据本申请的一些示例，约瑟夫森结测试方法包括以下一项或多项之特征；

17、第一特征：特征信息包括：对应区域中的各种元素的原子个数，或者对应区域中的各种元素的原子个数含量；

18、第二特征：在处理至少两个测量数据，以获得约瑟夫森结中各种元素的分析结果的步骤中，分析结果是原子个数含量；

19、第三特征：处理至少两个测量数据，以获得约瑟夫森结中各种元素的分析结果包括：多次地执行单元素含量的获取操作，以获得各种元素的含量，其中，各获取操作中的元素不同；

20、单元素含量的获取操作包括：

21、选择单个元素作为目标元素，提取每个测量数据中目标元素的含量，计算全部测量数据中目标元素的含量的算术平均数。

22、根据本申请的一些示例，测量操作是采用测量设备对约瑟夫森结进行扫描的方式进行的；

23、其中，测量设备包括球差扫描透射电镜和x射线能谱仪，或者测量包括球差扫描透射电镜和电子能量损失能谱仪。

24、根据本申请的一些示例，约瑟夫森结测试方法包括第一限定或第二限定；

25、第一限定：测量操作是在线型区域实施的，且线型区域为沿约瑟夫森结沿厚度方向定义的，测量操作的方式是：对约瑟夫森结的线性区域进行线扫描，其中，线型区域在厚度方向的测量的尺寸等于或大于势垒层的厚度尺寸；

26、第二限定：测量操作是在面型区域实施的，面型区域为沿约瑟夫森结沿厚度方向和长度方向定义的，测量操作是：对约瑟夫森结的面型区域进行面扫描，其中，面型区域在厚度方向测量的尺寸等于或大于势垒层的厚度尺寸，且面型区域在长度方向测量的尺寸小于势垒层的长度尺寸。

27、根据本申请的一些示例，约瑟夫森结具有在垂直于断面方向测量的宽度尺寸；

28、宽度尺寸小于等于预设值，且预设值依赖于测量操作中所使用的测量设备，使得执行测量操作所获得的是与约瑟夫森结体相中的元素相关联的测量数据，从而在处理至少两个测量数据，以获得约瑟夫森结中各种元素的分析结果的步骤中，分析结果反映的是约瑟夫森结整体的各种元素的含量。

29、根据本申请的一些示例，约瑟夫森结的断面是通过聚焦离子束切割获得的，且切割操作是沿垂直于断面方向从远离势垒层处以逐渐接近势垒层的方式进行的；

30、约瑟夫森结在远离层叠区域配置有嵌入到约瑟夫森结的超导体层的嵌入膜，嵌入膜被配置为在切割操作过程中指示停止切割的位置。

31、在第三方面，本申请的一些示例提出了一种前述约瑟夫森结测试方法在制作或评价约瑟夫森结中的应用。

32、根据本申请的一些示例，约瑟夫森结测试方法被用于分析瑟夫森结的结电阻和势垒层的元素含量之间的关系；

33、或者，势垒层是通过超导体层部分地氧化形成的氧化层，且约瑟夫森结测试方法被用于分析氧化的均匀性；

34、或者，势垒层是通过超导体层部分地氧化形成的氧化层，且约瑟夫森结测试方法被用于分析氧化厚度。

35、本申请示例方案的至少部分有益效果通过以下记载而被阐明：

36、通过对约瑟夫森结进行的至少势垒层进行元素测定，可以获得与测量项目相关的信息，进而可以基于测量所获得信息对约瑟夫森结进行质量的评估，也可以用于对制造工艺进行优化和改进，以便获得更符合设计预期、以及更高质量的约瑟夫森结。

技术特征：

1.一种约瑟夫森结测试方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的约瑟夫森结测试方法，其特征在于，所述元素测量被实施以确定势垒层中的一种或多种元素的含量；

3.根据权利要求2所述的约瑟夫森结测试方法，其特征在于，所述含量反映的是元素在约瑟夫森结局部相或体相中的分布。

4.一种约瑟夫森结测试方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的约瑟夫森结测试方法，其特征在于，约瑟夫森结测试方法包括以下一项或多项之特征；

6.根据权利要求4所述的约瑟夫森结测试方法，其特征在于，测量操作是采用测量设备对约瑟夫森结进行扫描的方式进行的；

7.根据权利要求6所述的约瑟夫森结测试方法，其特征在于，约瑟夫森结测试方法包括第一限定或第二限定；

8.根据权利要求4所述的约瑟夫森结测试方法，其特征在于，约瑟夫森结具有在垂直于断面方向测量的宽度尺寸；

9.根据权利要求4至8中任意一项所述的约瑟夫森结测试方法，其特征在于，所述约瑟夫森结的断面是通过聚焦离子束切割获得的，且切割操作是沿垂直于断面方向从远离势垒层处以逐渐接近势垒层的方式进行的；

10.一种权利要求1至9中任意一项所述的约瑟夫森结测试方法在制作或评价约瑟夫森结中的应用。

11.根据权利要求10所述的应用，其特征在于，约瑟夫森结测试方法被用于分析瑟夫森结的结电阻和势垒层的元素含量之间的关系；

技术总结
本申请公开了一种约瑟夫森结测试方法及其应用，属于量子芯片制造领域。约瑟夫森结测试方法包括对约瑟夫森结的至少势垒层进行元素测量。通过分析、处理所测量的元素信息可以获得相应的结中的与元素相关的目标内容，以便对所制作的约瑟夫森结的质量进行评估，或者判断所采用的制结工艺的优劣、以改进工艺。

技术研发人员：请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名,张辉
受保护的技术使用者：本源量子计算科技（合肥）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14