超导量子比特空气桥的除胶方法及其芯片

技术领域

本发明属于超导量子领域，具体涉及一种超导量子比特空气桥的除胶方法及其芯片。

背景技术

超导量子比特基于电容和约瑟夫森结的非线性电感组成的非线性谐振回路。在量子比特寿命、可扩展性、易操控性和易加工方面实现了很好的平衡。是公认最可能实现通用量子计算机的方案。

因此超导量子计算已经成为当下世界范围内科技大国竞争的关键领域之一，我国也已将量子计算列为国家战略层次的重大科研方向。作为超导量子计算的核心超导量子芯片，可以说其制备工艺与技术是超导量子计算的成败关键，而随着超导量子比特芯片上比特数目的增多，各个比特之间的相互干扰严重制约了超导量子计算技术的使用。

目前世界范围内，解决超导量子比特芯片上多个比特之间相互干扰的主流方法有两种，一种是利用手动超声点焊机在超导量子比特芯片上特定位置焊接微米级的金属导线，一种是利用微纳加工手段直接在超导量子比特芯片上特定位置制备1000-1500条微米级的金属垮桥，也就是空气桥工艺(Air Bridge)。

第一种方法由于是手动焊接，其精度和成功率都较低，最终的效果也十分有限，一有不慎还有使整个样品作废。而第二种方法有较高的精度和成功率，但是在制备的过程中需要用到微纳加工的湿法刻蚀工艺(参考文献2)或剧毒气体刻蚀的微纳加工工艺(参考文献2)，剧毒气体刻蚀工艺残存的光刻胶较少但是工艺复杂对人体有害不适于使用。在湿法刻蚀工艺中重要的一步是在制备完成的超导量子比特芯片上去除光刻胶。

现行的除胶方法主要有化学除胶剂浸泡法、微波等离子体轰击法、等离子体增强刻蚀法，但是对于制备完成空气桥的超导量子比特芯片来说，由于微波等离子体轰击法以及等离子体增强刻蚀法会对微米级的空气桥造成不可逆损坏，因此只可用化学除胶剂浸泡法除胶。但是在实际过程中由于空气桥微纳加工工艺本身，光刻胶表层不可避免的变性导致化学除胶剂浸泡法除胶法除胶效果并不理想。在利用化学除胶剂浸泡48小时后，超导量子比特芯片上仍有较多残胶。

总的来看，现有可用去胶工艺中存在如下问题：

1、去胶过程时间长；

2、去胶效果不佳。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种超导量子比特空气桥的除胶方法及其产品和芯片。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种超导量子比特空气桥的除胶方法，其特征在于，所述方法包括利用丙酮和N-甲基吡咯烷酮混合溶液对多超导量子比特空气桥上的光刻胶进行喷淋处理。

根据本发明第一方面的除胶方法，其中，所述丙酮和N-甲基吡咯烷酮混合溶液中丙酮与N-甲基吡咯烷酮的体积比为：0.2～5，优选为0.5～3，最优选为1：1。

根据本发明第一方面的除胶方法，其中，所述光刻胶选自以下一种或多种：S1813,SPR955,SPR220-7.0,SPR220-4.5,SPR220-3.0,SPR220-1.5,SPR220-1.2。

根据本发明第一方面的除胶方法，其中，所述方法包括以下步骤：

(1)固定制备好空气桥的超导量子比特芯片；

(2)调整步骤(1)中所述多超导量子比特芯片与竖直方向的夹角；

(3)使用丙酮和N-甲基吡咯烷酮混合溶液对多超导量子比特芯片垂直喷淋；

(4)调整所述多超导量子比特芯片的位置，重复步骤(3)，喷淋多超导量子比特芯片上其他存在光刻胶的位置。

根据本发明第一方面的除胶方法，其中，步骤(2)中，所述夹角范围为30°～60°，优选为40°～50°，最优选为45°。

根据本发明第一方面的除胶方法，其中，步骤(3)中，所述丙酮和N-甲基吡咯烷酮混合溶液喷淋的流量为0.10ml/s～0.50ml/s,优选为0.20ml/s～0.40ml/s，最优选为0.35ml/s；和/或

所述丙酮和N-甲基吡咯烷酮混合溶液喷淋时间为1min～4min,优选为2min～3min，最优选为2.5min。

根据本发明第一方面的除胶方法，其中，所述方法进一步包括以下步骤：

(5)重复步骤(4)直至所述丙酮和N-甲基吡咯烷酮混合溶液喷淋遍历多超导量子比特芯片；

(6)使用分析纯异丙醇液体对多超导量子比特芯片垂直遍历喷淋；

(7)使用去离子水对多超导量子比特芯片垂直遍历喷淋。

根据本发明第一方面的除胶方法，其中，步骤(6)中，所述分析纯异丙醇液体喷淋的流量为0.40ml/s～1.20ml/s,优选为0.60ml/s～1.00ml/s，最优选为0.80ml/s；和/或

所述异丙醇溶液喷淋时间为1min～5min,优选为2min～4min，最优选为3min。

根据本发明第一方面的除胶方法，其中，步骤(7)中，所述去离子水喷淋的流量为0.80ml/s～1.60ml/s,优选为1.00ml/s～1.40ml/s，最优选为1.20ml/s；和/或

所述去离子水喷淋时间为1min～4min,优选为2min～3min，最优选为2.5min。

本发明的第二方面提供了一种超导量子比特芯片，所述超导量子比特芯片包括一个或多个空气桥，且所述超导量子比特芯片利用第一方面所述的除胶方法进行空气桥的除胶。

本发明的除胶方法可以具有但不限于以下有益效果：

本发明方法成功去除了超导量子比特空气桥工艺中的光刻胶，解决了原有浸泡法除胶所存在的问题。经测试，应用本发明工艺所得到的多量子比特性能达到世界相应水平。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1示出了试验例1中利用现有浸泡法除胶的效果；其中，图1A为局部放大照片，图1B为较小倍数的照片。

图2示出了试验例1中利用微波等离子体轰击法、等离子体增强刻蚀法制备的空气桥电子显微镜照片。

图3示出了试验例1中按照本发明实施例1所述的方法制备的铌基平面多超导量子比特以及空气桥图(小倍数局部照片)。

图4示出了试验例1中按照本发明实施例1所述的方法制备的铌基平面多超导量子比特以及空气桥图(大倍数局部照片)。

图5示出了试验例1中按照本发明实施例1所述的方法制备的铌基平面多超导量子比特以及空气桥图(单空气桥结构照片)。

图6示出了利用QND测量方法对应用实施例1工艺制备样品的超导量子比特之间串扰的测试结果，受测样品共有十个间隔384微米的超导量子比特，其中图6A示出了3号与6号比特之间的串扰(小于1％)，图6B示出了4号与5号比特之间的串扰(小于1％)，图6C示出了5号与6号比特之间的串扰(小于1％)，图6D示出了1号到10号比特之间的串扰。

具体实施方式

下面通过具体的实施例进一步说明本发明，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发明。

本部分对本发明试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明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，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。

以下实施例中使用的试剂如下：试剂：

丙酮、N-甲基吡咯烷酮、异丙醇，购自物科光电公司。

本实施例用于说明本发明的去胶方法。

本发明方法适用于超导量子比特为铌基、铝基超导量子比特芯片的包括空气桥的超导量子比特，以下实施例中采用铌基超导量子比特芯片。

步骤1：将制备好空气桥的铌基超导量子比特芯片固定在接地良好的固定夹上。

所述空气桥的制备方法如下：

1.旋涂SPR 220 3.0，转速为4000rpm，时间为60s；

2.在115℃的热板上烘烤1min；

3.使用激光直写曝光第二层铝与第一层铝连接的窗口；

4.在115℃的热板上烘烤1min；

5.使用ZX238(购自苏州研材微纳科技有限公司)正胶显影液显影60s，使用去离子水定影30s，氮气吹干；

6.在140℃的热板上烘烤3min，使胶充分流动；

7.电子束蒸发中蒸发300nm左右的铝；

8.旋涂S1813，转速为4000rpm，时间为60s；

9.在115℃的热板上烘烤1min；

10.使用激光直写曝光第二层铝需要去除的部分；

11.使用ZX238(购自苏州研材微纳科技有限公司)正胶显影液显影60s，使用去离子水定影30s，氮气吹干；

12.在ZX238(购自苏州研材微纳科技有限公司)中刻蚀需要去除的铝。

步骤2：在步骤1后，调整铌基超导量子比特芯片与竖直方向的夹角，可调范围30°～60°，优选40°～50°，最优选45°。

步骤3：在步骤2后，使用分析纯丙酮与分析纯N-甲基吡咯烷酮(体积比1：1)混合溶液，以0.10ml/s～0.50ml/s的流量,优选0.20ml/s～0.40ml/s的流量，最优选0.35ml/s的流量垂直喷淋铌基超导量子比特芯片位置1min～5min,优选2min～4min，最优选3min。

步骤4：在步骤3后，调整铌基超导量子比特芯片位置使分析纯丙酮与分析纯N-甲基吡咯烷酮混合溶液可喷淋到其他尚有光刻胶的位置，重复步骤3。

步骤5：重复步骤4，直至分析纯丙酮与分析纯N-甲基吡咯烷酮混合溶液喷淋遍历铌基超导量子比特芯片。

步骤6：在步骤5后，使用分析纯异丙醇液体以0.40ml/s～1.20ml/s的流量,优选0.60ml/s～1.00ml/s的流量，最优选0.80ml/s的流量垂直遍历喷淋铌基超导量子比特芯片1min～5min,优选2min～4min，最优选3min。

步骤7：在步骤6后，使用去离子水以0.80ml/s～1.60ml/s的流量,优选1.00ml/s～1.40ml/s的流量，最优选1.20ml/s的流量垂直遍历喷淋铌基超导量子比特芯片1min～4min,优选2min～3min，最优选2.5min。

其中步骤1至步骤5为对制备空气桥后光刻胶的去除，步骤5至步骤7为对铌基超导量子比特芯片上残留的分析纯丙酮与分析纯N-甲基吡咯烷酮混合溶液、灰尘等不利于铌基超导量子比特性能杂物的去除。

本试验例用于说明本发明的去胶方法的效果。

为了进一步说明本发明去胶方法的效果，本发明人采用现有浸泡法对空气桥进行除胶。该方法包括：利用丙酮液体或N-甲基吡咯烷酮液体或二者混合溶液浸泡24-48小时。

图1示出了利用现有浸泡法(利用分析纯丙酮液体室温下浸泡48小时)除胶的效果，明显可见有较多残胶(其中，图1A为局部放大的照片，图1B为较小倍数的照片。本发明人还采用微波等离子体轰击法、等离子体增强刻蚀法制备的空气桥。该方法包括：在PS210型微波除胶机中(购自物科光电公司)微波射频功率50瓦，利用20SCCM流量氧气与10SCCM流量氩气，轰击2-3分钟。在Samco10NR反应离子刻蚀机中以10SCCM流量氩气，工作气压4.5pa，射频功率100瓦刻蚀30秒。

图2示出了利用微波等离子体轰击法、等离子体增强刻蚀法制备的空气桥电子显微镜照片(对微米级的空气桥造成不可逆损坏)。

图3至图5示出了按照本发明实施例1所述的方法制备的铌基平面多超导量子比特以及空气桥图，可见无光刻胶残留，其中图3为小倍数局部照片，图4为大倍数局部照片，图5为单空气桥结构照片。

本试验例用于说明本发明方法制备的铌基超导量子比特的效果。

图6示出了利用常用QND测量方法对应用实施例1工艺制备样品的超导量子比特之间串扰的测试(得到的结论为在超导量子比特工作的频率范围内各个超导量子比特之间串扰小于0.00004)，可见应用该工艺所得到的多量子比特性能达到世界相应水平。受测样品共有十个间隔384微米的超导量子比特，其中图6A示出了3号与6号比特之间的串扰(小于1％)，图6B示出了4号与5号比特之间的串扰(小于1％)，图6C示出了5号与6号比特之间的串扰(小于1％)，图6D示出了1号到10号比特之间的串扰。将驱动信号加在2号比特上，观察全部10个比特的相应，串扰越大其他比特的反应就越大，本试验非定量结果，只显示全局串扰较小的情况。

尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明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，本发明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。