生产固态组件的方法、固态组件、量子组件及生产固态组件的设备与流程

本发明涉及一种生产固态组件的方法，该固态组件特别是用于量子组件，优选为用于量子位(qubit)，该固态组件包括一个或多个薄膜，该一个或多个薄膜包含第一材料并且各所述薄膜具有选自单层至100nm的厚度并且沉积在基板的基板表面上，其中该生产过程在相对于环境气氛为密封的反应室中进行。此外，本发明涉及一种固态组件，特别是用于量子组件，优选为用于量子位，该固态组件包括一个或多个薄膜，该一个或多个薄膜中的一个包括具有单层至100nm的厚度的第一材料，并且沉积在基板的基板表面上。此外，本发明还涉及包括根据本发明的这种固态组件的量子组件，以及用于生产根据本发明的这种固态组件的设备。

背景技术：

1、现代技术中最具挑战性的课题之一是量子组件的生产。这种量子组件可用于量子计算机，特别是用于处理和/或传输量子信息，因为这两种过程都是基于在所述量子组件中量子状态的储存及一体化处理(unitary processing)。量子组件的一个示例是量子位(qubit)。在现有技术中，量子位被实施为如离子阱(ion traps)、半导体组件、拓扑组件(topological components)和超导组件(superconducting components)。原则上，所有的、特别是这些示例中的最后三个可基于固态组件来构建。

2、对于有效的量子计算，在量子组件中的上述量子状态，分别地上述量子态的储存，需要在够长的时间内保持稳定。对于目前这代的量子计算装置，此最小值约为100μs。与储存各量子状态的量子组件的环境的交互作用，特别是非弹性交互作用，例如与量子组件的声子(phonons)及特别是与带电或可充电或磁性的缺陷的交互作用，在大多数情况下会破坏量子状态。因此，量子状态的耐久性(由所谓的相干时间表示)，在目前基于固态组件的量子组件中是有限的。例如，就目前的超导量子位而言，最大可达到的相干时间是1ms左右。然而，对于有效的量子计算，这个数值是不够的。

3、如上所述，量子状态的相干时间取决于量子状态储存在量子组件中的环境。与许多形式的外部干扰(例如电磁辐射，其可通过屏蔽措施来对抗)相反，量子组件中的声子，可通过在0k附近的温度下运行各量子组件来抑制，量子组件本身结构中的缺陷，如缺失或附加的原子或任何不连续的对称性，特别是晶格对称性，在本质上限制着相干时间的最大可能值。

4、鉴于以上，本发明的目的是提供一种改进的生产固态组件的方法、改进的固态组件、改进的量子组件及改进的用于生产固态组件的设备，其不具有上述技术现况的缺点。特别地，本发明的目的是提供生产固态组件的方法、固态组件、量子组件和用于生产固态组件的设备，从而所生产、实施或展现的固态组件包括减少的缺陷数量，因此在基于所述固态组件的量子组件中，可实现增加的相干时间。

技术实现思路

1、该目的通过各独立权利要求得到满足。特别是，通过根据权利要求1所述的生产固态组件的方法、根据权利要求26和27中每一项所述的固态组件、根据权利要求28所述的量子组件及根据权利要求33所述的生产固态组件的设备满足了该目的。从属权利要求描述了本发明的优选实施方式。关于根据本发明第一方面的方法所描述的细节和优势，若有技术意义的话，也指根据本发明第二和第三方面的固态组件、根据本发明第四方面的量子组件和根据本发明第五方面的用于生产固态组件的设备，反之亦然。

2、根据本发明的第一方面，该目的是通过生产包括一个或多个薄膜的固态组件的方法所满足的，其特别是用于量子组件，优选为用于量子位，该一个或多个薄膜包括第一材料，各所述薄膜具有选自单层至100nm的厚度并沉积在基板的基板表面上，其中该生产过程是在相对于环境气氛为密封的反应室中进行的。

3、根据本发明的第一方面的方法，其特征在于以下步骤：

4、a)在反应室含有第一反应气氛时，通过用耦合至反应室中的第一电磁辐射加热基板来制备基板表面，

5、b)在反应室含有第二反应气氛时，通过用耦合至反应室中的第二电磁辐射加热包括第一材料的源组件来蒸发和/或升华第一材料，以用于将包括第一材料的薄膜沉积到步骤a)

6、中所制备的基板表面上，以及可选择地，

7、c)在反应室含有第三反应气氛时，用耦合至反应室中的第三电磁辐射来照射一个或多个薄膜和/或基板，以用于形成固态组件，并用于固态组件的回火(tempering)和/或受控冷却，

8、从而在步骤a)至c)期间，反应室相对于环境气氛保持密封，并且基板及随后的固态组件分别持续地留在反应室中。

9、根据本发明第一方面的方法适用于生产具有减少的缺陷数量的固态组件。特别是，用根据本发明第一方面的方法生产的固态组件理想地包括每cm2和每层的一些缺陷，从而允许制造具有超过100μs、优选超过1000μs、甚至更优选超过10ms的量子位弛豫时间(relaxation time)和量子位相干时间(coherence time)的量子位结构。

10、因此，用根据本发明第一方面的方法生产的这种固态组件非常适用于作为量子组件的基础，特别是用于量子位。为达到如此低的缺陷数量所采取的措施将在下文中描述。

11、在其最简单的实施方式中，用根据本发明第一方面的方法生产的固态组件包括一个薄膜，其具有选自单层至100nm的厚度。然而，也有可能是两个或更多个这样的薄膜堆栈在彼此之上。所述薄膜包括第一材料。

12、将最下层的薄膜沉积到基板的基板表面。优选但非排他的，基板材料可作为单晶提供。若固态组件包括两个或更多个薄膜，优选地，将两个或更多个薄膜中的每个连续地沉积到前一个薄膜上。

13、在下文中，将描述根据本发明第一方面的方法的步骤。特别是，将说明各步骤对减少所生产的固态组件的可能缺陷的贡献。

14、根据本发明第一方面的方法，形成固态组件的生产过程的所有步骤均在反应室中进行。所述反应室相对于环境气氛是密封的，从而可包含与环境气氛不同的反应气氛。换句话说，在反应室中，可包含适合于根据本发明第一方面的方法的当前步骤的任何反应气氛。特别是，若合适和/或需要，反应气氛甚至可为根据本发明第一方面的方法的不同步骤而改变。反应室可包括单一反应容积，但也可为具有两个或更多个可相互密封的反应容积的反应室的实施方式。

15、该方法的起始条件为已经放在反应室中的基板。在反应室中布置基板之前，可预先执行基板的基板表面的制备，例如化学清洗或在真空中脱气。反应室相对于环境气氛是密封的。

16、在根据本发明第一方面的方法的第一步骤a)中，制备基板的基板表面。为此，反应室中填充了适用于计划制备基板表面的第一反应气氛，例如真空或含氧的反应气氛。此外，第一电磁辐射通过适当的耦合装置耦合至反应室中，例如通过反应室的室壁上的室窗口。

17、第一电磁辐射冲击到基板上。优选地，冲击到基板的与该基板表面相对的表面上，即在大多数情况下冲击到基板的背面。可选择地或另外地，也有可能第一电磁辐射的方向是直接冲击到基板的基板表面。第一电磁辐射可以提供为单一光束或两个或更多个分离的光束，此外，也可以是脉冲的或连续的。

18、通过至少部分地吸收冲击第一电磁辐射的能量来加热基板。由此，若使用含有氧的第一反应气氛，则可将基板表面上的杂质蒸发并且氧化。

19、此外，加热基板也可导致退火过程。换句话说，可降低基板表面上缺失或附加的原子的数量，也可修复基板表面上甚至其本体内部所存在的对称性不连续的现象。

20、使用第一电磁辐射进行上述修复还提供了优势，即在反应室内不需要额外的加热器或其他将基板连接到这种加热器的装置，如导电银。因此，可避免由布置在反应室内的额外元素而引起的杂质和缺陷。

21、总之，在根据本发明第一方面的方法的步骤a)之后，在反应室中提供了基板，其基板表面为接下来的一个或多个薄膜的沉积做了充分准备。特别地，基板的基板表面本就优选不包括或至少包括非常少及有限数量的缺陷。

22、在根据本发明第一方面的方法的第二步骤b)中，在根据本发明第一方面的方法的步骤a)中制备的基板表面上沉积一个或多个包含第一材料的薄膜。第一材料可根据所生产的固态组件的目的来选择，特别是例如在导电性和/或超导电性方面。

23、第一材料在反应室中蒸发和/或升华。为此，将包含第一材料的源组件布置在反应室中。与步骤a)中基板的加热相同，在根据本发明第一方面的方法的步骤b)中，也使用第二电磁辐射，其同样通过适当的耦合装置耦合至反应室中，以用于第一材料的蒸发和/或升华。上述关于使用第一电磁辐射的所有优势，特别是避免在反应室中使用额外元素的可能性，也可因此在步骤b)中提供。第一材料的蒸发和/或升华可因此以特别干净的方式提供，经蒸发和/或升华的第一材料具有高纯度。

24、此外，通过相应地选择第二电磁辐射的强度，可容易地调整蒸发和/或升华速率。因此，可使用最适合用于使第一材料稳定且均匀地沉积到基板表面(换句话说，用于各薄膜的稳定且均匀的生长速率)的蒸发和/或升华速率。因此，沉积的一个或多个薄膜优选不包含或至少包含非常少且有限的缺陷。

25、如上所述，基板表面还优选地不包括或至少包括非常少且有限的缺陷。由于基板表面的缺陷会由沉积的一个或多个薄膜继承，因此上述沉积的一个或多个薄膜没有缺陷或至少有非常少且有限数量的缺陷的特点，可通过已没有缺陷或至少极少缺陷的基板表面得到进一步改善。

26、此外，第二电磁辐射的使用允许第一材料的广泛使用。特别是，在根据本发明第一方面的方法中，所有可提供的固体或液体形式的纯化学元素都可轻易地作为第一材料使用。通过适当地建造为气室(gas cell)的源组件，其余的气态化学元素也可在根据本发明第一方面的方法中用作第一材料。总之，可提供一种在基板表面上沉积薄膜的方法，该薄膜相对于外来原子和晶体杂质具有极高的纯度。

27、然而，本发明第一方面的方法并不限于化学纯材料。特别是也可使用化合物、混合物或合金作为第一材料。

28、此外，对于步骤b)，反应室填充了第二反应气氛，其是为一个或多个薄膜的预期沉积而适当选择的。作为示例，对于具有高纯度的仅经蒸发和/或升华的第一材料的沉积，可选择高真空或超高真空作为第二反应气氛。另一方面，例如，含有氧的第二反应气氛允许经蒸发和/或升华的第一材料的氧化，从而使各氧化物的薄膜沉积。

29、总之，在步骤b)中沉积的一个或多个薄膜可从大量的可能成分中选择。不同的可能性有一个共同点，即沉积的薄膜是高纯度的。此外，沉积的一个或多个薄膜不包含或至少包含非常少的缺陷数量。

30、在根据本发明第一方面的方法的最后一个步骤c)中，形成固态组件。为此，将第三电磁辐射耦合至反应室中，同样通过适当的耦合装置。第三电磁辐射用于照射在步骤b)中沉积的一个或多个薄膜、和/或基板，并可根据以下描述的一个或多个目的相应地选择。同样，为这些目的使用电磁辐射提供了上述所有的优势，从而使反应室内可能不存在额外的元素。

31、首先，可将固态组件进行回火。为此，电磁辐射对固态组件进行加热，由此，该加热引发退火过程。换句话说，可进一步减少固态组件表面上的缺失或附加的原子的已经很低的数量，并且还可修复固态组件表面上和/或本体中存在的对称性不连续的现象。

32、此外，还可提供固态组件的受控冷却。为此，逐渐减少固态组件的加热，特别是以小于固态组件未受影响的冷却速度进行，其通常由辐射冷却主导。若基板和形成的固态组件包括不同的热膨胀，则这点极具优势。因此，可避免在固态组件快速冷却期间由所述不同热膨胀所引起的内部张力，因其可能再次造成固态组件的缺陷。

33、此外，在步骤c)中，反应室中填充了第三反应气氛，所述气氛适合选择用于预定的过程，特别是用于对形成的固态组件进行回火和/或受控冷却。

34、总之，在根据本发明第一方面的方法的步骤c)中，至少保留或甚至进一步降低所形成的固态组件中优选的缺乏或至少非常低的缺陷数量。

35、如上所述，根据本发明第一方面的方法的所有步骤a)至c)提供了降低所生产的固态组件中缺陷数量的措施。然而，暴露在外部影响下，特别是暴露在环境气氛中，会减弱或甚至完全破坏根据步骤a)至c)采取的措施提供的所有积极效果。

36、因此，根据本发明第一方面的方法，在步骤a)至c)期间，反应室相对于环境气氛保持密封是重要的，并且基板和随后的固态组件两者都各自持续留在反应室中。换句话说，所有的步骤a)到c)均在同一个反应室中连续进行，即使可能是在反应室的不同反应容积中，而且在整个过程中，相对环境气氛的密封是保持不变的。因此，根据本发明第一方面的方法的所有步骤a)至c)原位(in-situ)进行的。因此，可避免对基板和随后形成的固态组件的外部影响，特别是与环境气氛的接触。

37、换句话说，连同基板和随后形成的固态组件在反应室中连续配置的需求，将用于降低所形成的固态组件中的缺陷数量的步骤a)到c)中的每个步骤的措施总结起来并甚至互相加强。

38、总之，用根据本发明第一方面的方法制备的固态组件包括每cm2和每层没有或至少有很低数量的缺陷。因此，用根据本发明第一方面的方法生产的此种固态组件非常适合用于作为量子组件的基础，特别是用于量子位。特别是，没有缺陷或至少缺陷的数量非常少允许制造出具有超过100μs、优选超过1000μs、甚至更优选超过10ms的量子位弛豫时间和量子位相干时间的量子位结构。

39、此外，根据本发明的第一方面所述的方法可包括激光，特别是具有10nm至100μm的波长的激光，优选为具有在可见的或红外线范围内选择的波长，尤其是具有350nm至20μm的波长，其用作第一电磁辐射和/或第二电磁辐射和/或第三电磁辐射。激光包含其为相干性且可在广泛的波长和强度范围内提供的优势。对于在步骤a)到c)中的各电磁辐射的各具体目的，可选择适当的激光。例如，对于各种氧化物基板的加热，可使用具有约10μm的波长的红外线激光，特别是co2激光。另一方面，对于蒸发和/或升华金属第一材料，具有约1μm或约0.5μm的波长的激光更适合。激光可以脉冲方式提供，或者优选地以连续方式提供。因此，可提供非常均匀的基板表面的加热、第一材料的蒸发和/或升华、以及一个或多个薄膜和/或基板的照射。

40、此外，根据本发明第一方面的方法可通过以下方式改进：对于第一电磁辐射和第二电磁辐射，和/或对于第二电磁辐射和第三电磁辐射，和/或对于第一电磁辐射和第三电磁辐射，使用具有相同波长的激光。通过使用具有相同波长的激光作为三种所使用的电磁辐射中的至少两种电磁辐射，可降低根据本发明第一方面的方法所需的激光源的数量，以及随后用于进行该方法的设备的复杂性。初始成本和维护成本也可降低。

41、进一步地，本发明第一方面的方法可包括，该第一反应气氛和/或第二反应气氛和/或第三反应气氛选自以下列表：

42、-对10-8hpa至10-12hpa的纯理想条件而言，在10-4至10-12hpa的真空，

43、-氧，特别是o2和/或o3，

44、-氮，以及

45、-氢。

46、该列表不是封闭性的，如果合适，也可选择其他气氛。以上所列的气态气氛可以以10-8hpa至环境压力的压力提供，各自高达1hpa的压力。氧变体o2和o3可以优选地以大约9：1的比例提供，如由内联辉光放电臭氧产生器(inline glow discharge ozone generator)所产生。

47、根据本发明第一方面的方法的特征还可以在于，第一反应气氛和/或第二反应气氛和/或第三反应气氛为至少部分离子化的，特别是通过电浆电离被离子化的。反应气氛的经离子化的原子或分子可提供各反应气氛的反应性的增强。因此，若需要各反应气氛的反应，例如对于含有经蒸发和/或升华的第一材料和各第二反应气氛的元素的反应产物的薄膜的沉积，离子化各第二反应气氛的原子和/或分子可具有优势。

48、此外，本发明第一方面的方法可包括，该第一反应气氛和该第二反应气氛和该第三反应气氛是相同的。换句话说，在所有的步骤a)至c)中，反应气氛保持不变。在将步骤a)或b)之一完成后，改变当前的反应气氛和/或分别将基板或随后的固态组件移入另一个反应容积中是不必要的。综上所述，可将本发明第一方面的方法简化。

49、在根据本发明第一方面的方法的可选实施方式中，该第一反应气氛和该第二反应气氛是不同的，并且在步骤a)和步骤b)之间交换，和/或该第二反应气氛和第三反应气氛是不同的，并且在步骤b)和步骤c)之间交换。如果待生产的固态组件在根据本发明第一方面的方法的步骤a)至c)中的至少个步骤中要求不同的反应气氛，则属于这种情况。

50、如上所述，通过选择最适合于具体目的的反应气氛，可优化所得的固态组件的关于缺陷的质量。在实际操作中，优选用反应室来提供用于本发明第一方面的方法的不同步骤的不同反应气氛，该反应室已包括不同的反应容积，这些反应容积相互为可密封的，因此可包含不同的反应气氛。在本发明第一方面的方法的各个步骤之间，基板或随后的固态器件可简单地在反应室内移动，而不会破坏相对于环境气氛的密封。

51、此外，根据本发明第一方面的方法，其特征可以在于，基板使用的是选自以下列表的材料：

52、-sic，

53、-aln，

54、-gan，

55、-al2o3，

56、-mgo，

57、-ndgao3，

58、-dysco3，

59、-tbsco3，

60、-tio2，

61、-(laalo3)0.3(sr2taalo6)0.35(lsat)，

62、-ga2o3，

63、-srlaalo4，

64、-y:zro2(ysz)，以及

65、-srtio3。

66、该列表不是封闭性的，如果合适也可选择其他材料作为相应的基板。在此情况下，各基板优选以单晶形式提供。

67、特别地，根据本发明第一方面的方法可通过使用在以下一个或多个方面中、优选在以下所有方面中类似于薄膜的基板得到增强：

68、-晶格对称性，

69、-晶格参数，

70、-表面重建，以及

71、-表面终端。

72、在本发明的范围内，类似于薄膜是指基板各方面的值与薄膜各方面的值相差小于10％，优选小于5％。通过选择类似于薄膜的基板，可避免从基板到薄膜的骤变(abrupttransition)，该骤变亦可再次导致缺陷。由此，可进一步提高所生产的固态组件的质量。

73、此外，根据本发明第一方面的方法可包括：在步骤a)中，至少加热该基板表面至900℃至3000℃的温度，特别是1000℃至2000℃。这些温度被认为是最适合于有效修复各种基板材料的缺陷。优选地，可通过加热基板的背面间接加热基板表面，因为这样的背面加热允许特别紧凑的配置，并且特别适用于本发明第一方面的方法的步骤c)中对基板的照射。

74、此外，根据本发明第一方面的方法的特征还可以在于，步骤a)包括提供定向至该基板表面的终端材料的通量。优选地，该终端材料是基板的材料之一。由此，终端的通量填补了基板表面的缺陷。由于包含在步骤a)中的基板加热可导致基板材料的蒸发和/或升华，终端材料的通量可用来平衡这种影响。理想地，离开基板表面的原子和附加到基板表面的原子之间将建立一个平衡。这种平衡可通过调整基板的温度和/或终端材料的通量来调整。总之，相对于缺陷，基板表面的质量可得到进一步的改善。

75、在根据本发明第一方面的方法的另一实施方式中，基板支架用于将该基板固定，与基板相比，基板支架包含相对于第一电磁辐射和/或第三电磁辐射较小的吸收。换句话说，即使在根据本发明第一方面的方法的步骤a)和/或c)中，基板支架意外地分别被第一和第三电磁辐射照射，基板支架也会吸收较少的能量，因此会减少加热。从而，可确保除蒸发源外，基板是反应室中温度最高的组件，这就有效地防止了杂质离开反应室而被吸收到基板上的情况。

76、此外，根据本发明第一方面的方法可包括，在步骤b)中，第一材料包括两种或更多种不同的材料组分，并且该源组件相应地包括两个或更多个不同的组分部分，从而各组分部分提供两种或更多种材料组分中的一种，并且从而该第二电磁辐射相应地包括两个或更多个分量束，这两个或更多个分量束中的每个适用于该两种或更多种材料组分中的一种的蒸发和/或升华。

77、换句话说，第一材料不限于单个源，也可由两种或更多种组分组成，其中各组分可在独立的源中提供。换句话说，即便如此，由于各材料组分都是单独提供的，而且纯度很高，特别是甚至是纯化学元素，因此通过根据本发明第一方面的方法，也可提供由化学化合物和/或合金组成的薄膜，其化学纯度高且缺陷数量少。

78、实质上，两种或更多种组分同时蒸发和/或升华。这两种或更多种不同的材料组分可在反应室中和/或在分别沉积到基板表面后相互结合。源组件可包括用于两个或更多个不同组分部分的共同固定结构。可替代地，也可是源组件的独立实体，各实体提供一个或多个组分部分。在下文中，“源”的表述是指源组件的组分部分和独立的源组件两者。总之，可扩大提供用于一个或多个薄膜的第一材料的种类。

79、优选地，根据本发明第一方面的方法，其特征可以在于，步骤b)的蒸发和/或升华是在低于该第一材料的电浆临界值下所进行的。因此，确保只有第一材料的蒸发和/或升华发生。此外，经蒸发和/或升华的第一材料是在电中性状态下提供的，因此可避免反应室中的干扰性充电效应。

80、此外，本发明第一方面的方法可包括：对于该第一材料，使用金属，优选铜铝、钽和/或铌；和/或使用超导材料，特别是金属，其在>～4k、优选>～77k的温度下是超导的，优选为钽或铌或铝或颗粒铝或nbn或nbtin或tin。金属和/或特别是超导材料最适合用于固态器件，其目的是作为量子位使用。特别是超导材料，其在大于77k的温度下是超导的，可用液态氮进行冷却，这非常方便。

81、根据本发明第一方面的方法的另一个优选实施方式，在步骤b)中使用于蒸发和/或升华的第一材料是自支撑的(self-supporting)并且从而可以以无坩埚提供。因此，在第二电磁辐射撞击第一材料的表面并蒸发和/或升华第一材料的位置附近没有其他材料存在。从而，可避免因蒸发和/或升华和/或并入熔体以及随后从固定第一材料的固定结构(例如坩埚)的熔体中共同蒸发而造成的杂质。

82、此外，根据本发明第一方面的方法可包括，在步骤b)中沉积的薄膜的该材料是经蒸发和/或升华的第一材料和第二反应气氛的组分的反应产物。例如，如果第二反应气氛包括氧，则可提供第一材料的氧化物作为沉积在基板表面的薄膜的材料。其他如氮化物或卤化物的反应产物也是有可能的。总之，沉积在基板表面的一个或多个薄膜的可能材料的范围可因此扩大。

83、此外，根据本发明第一方面的方法的特征可以在于，步骤c)包括两次或更多次独立的回火迭代(iteration)。在各回火迭代中，一些仍然存在于所形成的固态器件中的缺陷被修复。通过提供两次或更多次回火迭代，可进一步降低最终产生的缺陷数量。

84、在根据本发明第一方面的方法的优选改良中，步骤c)包括在一次或多次回火迭代的每次之后，通过第三电磁辐射控制冷却。如上所述，固态组件的快速冷却可能导致新的缺陷，特别是若基板和所形成的固态组件包括不同的热膨胀。这可通过在两次或更多次回火迭代中的每次之间插入明确的受控冷却步骤来避免。特别地，第三电磁辐射用于加热基板和/或固态组件，从而逐渐减少加热量，并由此实现缓慢且受控的冷却。

85、在根据本发明第一方面的方法的另一实施方式中，重复步骤b)一次或多次，以用于提供薄膜的多层结构。因此，在步骤b)的不同迭代中使用的第一材料可为相同的或不同的。也可根据各步骤b)中使用的第一材料，重复步骤b)的迭代模式。换句话说，这种多层结构可能的层序可以为，但不限于，使用不同的第一材料a、b、c、d的aaaaa、abababa、abcabc、abacad、abbacc。特别地，也可采用超过四种不同的第一材料，尤其是也可采用不同于六层的层数。由此可以为固态组件提供多种的多层结构。

86、此外，步骤b)的各迭代可以优选地不是无停顿地、连续地进行，而是在其间有中断的分开进行。如此可确保反应室中的条件，例如关于由第一电磁辐射照射的各源组件额表面的温度和物质状态，恢复到其在步骤b)的第一次迭代之前提供的初始值。因此，步骤b)的各重复都是在相同的环境条件下进行的，因此可提供特别纯且均匀的多层结构。

87、优选地，根据本发明第一方面的方法可通过以下方式得到增强：在步骤b)的各次重复之后，进行步骤c)的迭代。换句话说，在每次重复步骤b)之后，以受控的方式将已沉积到基板上的层进行退火和/或冷却。因此，通过进行步骤c)中任何一种所提供的上述所有优势都可提供于形成固态组件的多层结构的各层。因此，可进一步降低最终形成的固态组件中的缺陷数量。

88、在根据本发明第一方面的方法的改进的实施方式中，相对于所使用的电磁辐射及所使用的反应气氛以及第一材料，各步骤b)和各步骤c)是相同进行。因此，根据本发明第一方面的方法的该实施方式所生产的固态组件包括具有两个或更多个相同层的多层结构。

89、在根据本发明第一方面的方法的可选改进中，对于一次或多次重复中的一次或多次，改变以下参数中的一个或多个：

90、-第一材料，

91、-第二反应气氛，

92、-第三反应气氛，

93、-第二电磁辐射，以及

94、-第三电磁辐射。

95、换句话说，例如，不同的第一材料可用于多层结构的不同层。

96、作为另一个示例，通过改变真空和氧之间的第二反应气氛，同时保持金属作为第一材料，可提供具有纯金属和其氧化物的交替层的多层结构。总之，可提供的多层结构的可能变化或多或少不受限制，但有共同的特点，即各变化都可提供无缺陷或至少非常少的缺陷。

97、优选地，本发明第一方面的方法可进一步包括，作为步骤a)的最终流程，将包括缓冲材料的一个或多个缓冲层沉积至基板表面，由此，当反应室包含第四反应气氛时，通过耦合至反应室中的第四电磁辐射来蒸发和/或升华该缓冲材料，从而优选地，第四电磁辐射和第四反应气氛与步骤a)、b)或c)之一中所使用的相应的电磁辐射和反应气氛相同。

98、如上所述，优选地使用与要沉积到基板的基板表面的薄膜相似的基板。然而，这种根据本发明第一方面的方法进行的优选方式并不总是可行的。通过添加缓冲层，可弥补基板和薄膜之间在晶格对称性、晶格参数、表面重建和/或表面终端方面的差异，或者如果可生长出与本体基板相同材料的缓冲层，其结构质量高于本体基板本身，则可提高基板表面的质量。

99、优选地，通过使用不止一个缓冲层，可不同地选择用于沉积各缓冲层的缓冲材料和各第四反应气氛，从而使所得的最接近基板的缓冲层在本发明的意义上与基板相似，从而在各添加的缓冲层中，降低与基板的相似性，同时加强与薄膜的相似性，而使最顶层的缓冲层在本发明意义上与薄膜相似。因此，可提供薄膜在缓冲层上、特别是在最顶层的缓冲层上的平滑沉积，而不会出现由基板和一个或多个薄膜之间的差异所造成的缺陷。

100、这种缓冲层的典型缓冲材料例如是铝。

101、使用电磁辐射来蒸发和/或升华缓冲材料可提供与上述使用第二电磁辐射相同的优势。特别是，在反应室中不需要进一步的元件或组件来蒸发和/或升华缓冲材料，因此可避免由这种进一步的元件和组件引起的杂质。

102、此外，根据本发明第一方面的方法可包括，在进行最终步骤b)之后，将包括覆盖材料的一个或多个覆盖层沉积至一个或多个薄膜上，由此，当反应室包含第五反应气氛时，通过耦合至该反应室中的第五电磁辐射来蒸发和/或升华该覆盖材料，从而优选地，第五电磁辐射和第五反应气氛与步骤a)、b)或c)之一中所使用的相应的电磁辐射和反应气氛相同。

103、这样的覆盖层，也被称为盖层，其为一个或多个薄膜提供保护，使其免受环境影响，从而为固态组件提供保护。因此，可提高固态组件中存在的低数量缺陷的耐力。特别是，可提供额外的材料在一个或多个薄膜的最上层表面上所不期望的沉积。

104、使用电磁辐射来蒸发和/或升华覆盖材料可提供与上述使用第二电磁辐射相同的优势。特别是，在反应室中不需要另外的元件或组件来蒸发和/或升华覆盖材料，因此可避免藉此种另外的元件和组件而造成的杂质。

105、根据本发明的第二个方面，本发明的目的是通过一种固态组件来满足的，特别是用于量子组件，优选为用于量子位，该固态组件包括一个或多个薄膜，该一个或多个薄膜中的一个包括具有单层至100nm的厚度的第一材料并且沉积在基板的基板表面上。

106、根据本发明第二方面的固态组件，其特征在于，该固态组件可通过根据前述权利要求中的一项所述的方法所获得。通过这一点，根据本发明第二方面的固态组件可提供上述关于根据本发明第一方面的方法的所有优势。

107、根据本发明的第三个方面，本发明的目的是通过一种固态组件来满足的，特别是用于量子组件，优选为用于量子位，该固态组件包括一个或多个薄膜，该一个或多个薄膜中的一个包括具有单层至100nm的厚度的第一材料，并且沉积在基板的基板表面上。

108、根据本发明的第三方面的固态组件，其特征在于，该一个或多个薄膜中的一个，优选为该一个或多个薄膜的所有，各自具有超过100μs、优选超过1000μs、甚至更优选超过10ms的量子位弛豫时间和量子位相干时间。这样的薄膜具有非常少缺陷且优选为没有缺陷，并且能够将这样的器件作为量子位使用。优选地，根据本发明的第三方面的固态组件可通过根据本发明第一方面的方法得到。

109、根据本发明的第四方面，该目的可通过包括固态组件的量子组件、优选量子位来满足。根据本发明第四方面的量子组件的特征可以在于，该固态组件是分别根据本发明第二或第三方面的固态组件。通过这点，根据本发明第四方面的量子组件可提供上述根据本发明第二或第三方面面的固态组件的所有优势。

110、此外，根据本发明第四方面的量子组件可包括，该量子组件是超导量子位，特别是电荷量子位(charge qubit)或通量量子位(flux qubit)或相位量子位(phase qubit)。超导量子位以电流为基础，由于其超导性，电流流动时没有阻力。因此，所述电流对外部干扰是稳定的，因此能够在很长一段时间内保持电流所代表的量子状态。相干时间可达到超过100μs，优选超过1000μs，甚至更优选超过10ms。

111、此外，根据本发明第四方面的量子组件可被增强，这在于超导量子位包括具有多层结构的薄膜，该多层结构包括一个或多个超导层和一个或多个隔离层。特别是，薄膜的多层结构的各层是使用根据本发明第一方面的方法沉积的，因此包括上述根据本发明第一方面的方法所描述的所有优势。特别是，各层不包含缺陷或至少是非常少的缺陷。因此，可达到的相干时间进一步增加。

112、在另一个实施方式中，根据本发明第四方面的量子组件可包括，一个或多个超导层中的一个或多个由以下材料中的一种组成：

113、-al，特别是颗粒al，

114、-ta，

115、-nb，

116、-nbn，

117、-nbtin，以及

118、-tin，

119、和/或一个或多个隔离层中的一个或多个由下列材料中的一种组成：

120、-siox，

121、-hfox，以及

122、-alxoy。

123、这两个列表并非封闭的，其他合适的材料也可分别用于超导层和隔离层。

124、此外，根据本发明第四方面的量子组件的特征可以在于，一个或多个超导层和/或一个或多个隔离层包括1nm至300nm的厚度，优选10nm至200nm的厚度。特别是，超导层可以优选包括5nm至300nm的厚度，而隔离层可以优选包括20nm至300nm的厚度。此外，超导组件之间的隔离屏障(超导组件和隔离屏障优选由多层结构的层或至少部分层构建)可优选地包括1nm至10nm的厚度。通过在上述范围内选择厚度，可提供根据本发明第四方面的量子组件的特别良好的性能。

125、根据本发明的第五方面，该目的可通过用于生产根据本发明第二和/或第三方面的固态组件和/或用于执行根据本发明第一方面的方法的设备来满足，该设备至少包括：

126、-相对于环境气氛为可密封的反应室，

127、-用于基板的布置的一个或多个基板布置件，

128、-用于源组件的布置的一个或多个源布置件，

129、-用于将各电磁辐射耦合至该反应室中的耦合装置，以及

130、-用于在该反应室中提供各反应气氛的装置。

131、优选地，根据本发明第五方面的设备是tle(热激光蒸发)设备。进一步地，通过生产根据本发明第二或第三方面面的固态组件，特别是通过进行根据本发明第一方面的方法，根据本发明第五方面的设备可提供上述关于根据本发明第二或第三方面面的固态组件和/或关于根据本发明第一方面的方法所描述的所有优势。

132、在优选的实施方式中，根据本发明第五方面的设备可包括，该反应室包括至少两个独立的反应容积，从而该至少两个反应容积是可相互密封的，并且由此，在相对于环境气氛为连续地密封的反应室内，该基板布置件可在至少两个反应容积之间移动。如此一来，可简化在固态组件的生产过程中反应气氛的改变。

133、若没有两个或更多个独立的反应容积，改变反应气氛可能是困难和麻烦的。例如，为了将反应气氛从气态物质a改变为气态物质b，确保a不再存在于反应室中为第一步，即必须在反应室中建立真空，特别是超高真空，这可能很耗时。只有在此之后，才能将b填充到反应室中。

134、与此相反，具有两个或更多个反应容积，其相对于环境气氛为密封的，并且也相互为可密封的，各反应容积可包含不同的反应气氛。为了改变反应气氛，例如在进行步骤a)之后和步骤b)开始之前，只需将基板布置件从一个反应容积中移到另一个反应容积中。优选地，在反应容积之间布置合适的阀门和材料锁。总之，这简化了固态组件的生产，并且可节省很多时间。