製造工藝
多蘭橋(陰影蒸鍍)接面
多蘭橋接面是製作約瑟夫森接面最經典、幾乎像手工活的方法:它就是一塊小小的三明治結構,鋁、幾個原子厚的氧化鋁、再加鋁,這個結構正位於大多數超導量子位元的核心。巧妙之處在於,整疊結構是在一次晶片加工裡一氣呵成的,中途完全不打開真空腔,靠的是幾何與影子的把戲。它之所以重要,是因為今天大學實驗室裡幾乎每一塊超導量子晶片都是這麼做出來的。
首先,電子束微影在光阻上刻出一個模板,其中有一座懸空的細光阻橋架在一道縫隙上方,像一座小小的人行天橋。然後鋁以某個傾斜角度垂直蒸鍍下來;光阻橋投下陰影,於是金屬落在縫隙的一側。接著把晶片暴露在少量氧氣中,讓第一層鋁上長出一層薄薄的氧化皮。再以相反的傾角蒸鍍第二次鋁;這時陰影落向另一邊,第二層鋁錯位落下,部分與第一層重疊。兩層交疊、中間夾著氧化層的地方,就形成了鋁/氧化鋁/鋁的搭接,這塊搭接就是接面。正是那座投下陰影的懸空光阻橋,給這種方法取了名字。
它簡單又便宜,但也很不穩定。接面的電學強度取決於搭接面積和氧化層厚度,而這兩者都由角度、時間以及一層難以控制到原子級的自生氧化層決定。於是名義上完全相同的接面,做出來會相差幾個百分點,而既然這個強度決定了量子位元的頻率,這些接面的頻率也就跟著分散開來。在擁有許多量子位元的晶片上,這種頻率分散會引起碰撞,所以各實驗室一方面在打磨更精細的製程配方,另一方面也在為大規模量產探索別的接面型式方案。
Ic ~ A / t_ox, f_qubit set by Ic
粗略地說,接面的臨界電流 Ic 隨搭接面積 A 增大、隨氧化層厚度 t_ox 減小;由於量子位元頻率由 Ic 決定,這兩者的微小波動都會讓頻率分散開來。
多蘭橋接面非常適合科研,因為它快、又不需要額外的對準步驟,但它那原子尺度的氧化層很難精確把控,因此這種方法帶來的頻率分散是擴大規模時實實在在的障礙。
又稱
另見