合肥国家实验室;中国科学技术大学秦文斌获国家专利权
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龙图腾网获悉合肥国家实验室;中国科学技术大学申请的专利一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法及工艺获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN119855477B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-02-06发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202411828694.8,技术领域涉及:H10N60/01;该发明授权一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法及工艺是由秦文斌;宿非凡;胡晨静;邓辉;严凯;张海斌;燕军祥;朱晓波;彭承志;潘建伟设计研发完成,并于2024-12-12向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法及工艺在说明书摘要公布了:本发明公开了一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法及工艺,涉及超导量子计算与微纳加工技术领域,该加工方法的具体步骤为:S100,衬底预处理与SiO22图形初刻:选定12英寸及以下的硅、SiC、GaN的晶圆为基,运用原子力显微镜及应力测试仪,探测衬底表面形貌与应力初始值,本发明通过引入聚焦离子束技术,实现了超导量子比特的折叠加工,极大地突破了传统平面加工技术的局限性,传统的超导量子比特加工方法主要基于平面加工工艺,在实现复杂三维结构的加工时面临诸多挑战,而本发明利用聚焦离子束技术,精确控制薄膜的应力分布,实现设定方向高度可控的形变,从而轻松实现超导量子比特的折叠。
本发明授权一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法及工艺在权利要求书中公布了:1.一种超导量子芯片处理器折叠比特加工方法,其特征在于,该加工方法的具体步骤为: S100,衬底预处理与SiO2图形初刻:选定12英寸及以下的硅、SiC、GaN的晶圆为基,运用原子力显微镜及应力测试仪,探测衬底表面形貌与应力初始值,运用KrF准分子光刻技术蚀刻SiO2图形,设计规则依超导比特功能布局与电气互联需求而定; S200,介质层沉积与性能强化:在PECVD设备中,于80-100℃的低温区间,以SiH4为主气源,其流量为50-150sccm,掺入少量N2O,流量为5-15sccm,100-300W射频功率激发等离子体沉积SiO2膜,借助光学干涉仪以多光束干涉原理实时监测膜厚,确保膜厚均匀性偏差在±5%内、沉积速率稳定于0.5-2nms,以5-10℃min的升温速率升至400-600℃区间,保温30-90min进行退火处理,从而将应力降至≤50MPa、消除微观缺陷,提升高温热预算至800℃以上,机械强度达到努氏硬度8-12GPa; S300,超导约瑟夫森结的制备:在电子束蒸发腔室制备AlAlOxAl约瑟夫森结,沉积BE-Al膜前,于150-200℃Degas处理30-60min,驱离杂质,选定沉积温为室温至150℃,沉积速率0.1-0.3nms速率,设定电子束流10-30mA、加速电压5-10kV,借石英晶体微天平实时监测膜厚,氧化制造10nmAlOx绝缘层,通过质量流量控制器调控O2流量5-15sccm、电容式薄膜真空计稳控腔压5×10-3-1×10-2Torr、氧化时长20-40s,继续沉积TE-Al膜,进行光刻胶旋涂后以200-400μCcm2进行电子束曝光转移设计图形,显影后通过离子束刻蚀BE、TE层,刻蚀能量300-500eV、束流10-30mA、角度5-15°,形成约瑟夫森结; S400,膜层悬空结构加工:使用湿法刻蚀工艺刻蚀SiO2膜实现悬空态,刻蚀温度20-25℃,刻蚀时长依据SiO2膜厚与图形轮廓确定,借助反应动力学模型结合原位光学显微镜实时监测刻蚀前沿灰度变化及形态特征,在30-90s内动态优化刻蚀过程,刻蚀速率控制在10-30nms,制造扇形刻蚀区,扇形半径50-150μm、圆心角30-60°,精度±2°,悬空精度在±10μm内; S500,FIB辐照膜层折叠:将处理好的样品以50-100N夹紧力固定于6寸真空夹具在FIB载台上,抽真空至<10-6Pa后,启动电子束与离子束,根据设备标准校准程序校准束斑尺寸、能量、扫描精度后,载台倾55°±1°、WD调6mm±0.1mm锁定加工区,根据设计蓝图绘制加工框并设定尺寸,以50PA±5PA的电流、30Kev的能量进行辐照,利用SEM实时采集图像分析薄膜应力-应变场演化,依据Ta膜形变的应变率0.005-0.02%s微调参数,扫描速率0.5-2μms阶梯调节、束斑尺寸5-15nm动态优化,控制形变速率0.05-0.2μms、方向精度±1°,直至Ta膜立起来或达到弯曲的形态后,停止辐照; S600,FIB沉积功能进阶:移动铂探头至加工位,以10-20℃min升温至300-400℃,绘制沉积区,长3-8μm、宽2-6μm、深1μm,精度±0.3μm,根据图形面积设100-250PA电流、30Kev能量启动沉积,沉积前向腔室通入氩气驱离氧杂质,沉积速率依据Pt沉积动力学方程与电场分布有限元模拟优化并精准控制在0.05-0.2μmmin,借助原子力显微镜监测表面形貌进行反馈调控,通过SEM配能谱仪实时监测铂原子沉积分布均匀性、厚度精度,根据Pt晶体生长模型与薄膜成核理论,通过高分辨透射电镜观测微观结构验证,根据薄膜材质特性与厚度范围定制辐照策略,结合TSV工艺预规划通孔布局,于薄膜折叠各阶段避干扰,借TSV实现垂直电气互联,提升集成度与性能。
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