一种测量结构及其制法、测量好方法、和应用与流程

本申请属于超导量子计算机制造领域，特别地，本申请涉及一种测量结构及其制法、测量好方法、和应用。

背景技术：

1、介电常数是材料重要的物理属性，并且对其在各种不同的应用具有重要的影响。因此，获得材料的介电常数就很有必要。

2、目前，测量材料的介电常数的方法包括干涉法、电容法、微波法及阻抗谱法等。其中的电容法是一种经典的测量方法。

3、在超导量子芯片的研发过程中，介电材料也较多地使用。尤其是超导量子芯片中关键部件—约瑟夫森结。约瑟夫森结中包括用以作为势垒层的典型材料氧化铝。此外，在应用约瑟夫森结的器件如超导行波参量放大器（traveling wave parametric amplifiers，简称twpa）中还可能涉及到使用二氧化硅。

4、在以上的应用场景中，均存在介电材料的介电常数的确定问题。实践中，可以方便地使用前述的平行板电容法测量介电常数。但是在以上场景中，该方法在测量过程中存在操作难度大的缺陷。

技术实现思路

1、本申请的示例提供了一种测量结构及其制法、测量好方法、和应用，能够简化介电材料的介电常数的测量操作，降低操作难度，提高测量操作的有效性。

2、本申请示例的方案，通过如下内容实施。

3、在第一方面，本申请的示例公开的用于通过电容法确定介电材料的介电常数的测量结构包括：

4、形成于衬底的平行板电容器；

5、该平行板电容器包括层叠的底电极层、顶电极层以及被二者所夹持在其间的介电层，介电层的成分由介电材料确定；

6、底电极层和顶电极层分别对应地包括在层叠方向不相对的不相对的底电极测量部和顶电极测量部。

7、根据本申请的一些示例，衬底设置有凹槽，平行板电容器的底电极层设置于凹槽内，顶电极测量部位于衬底离开凹槽的区域；

8、或者，衬底设置有凹槽，平行板电容器的底电极层和介电层设置于凹槽内，顶电极测量部位于衬底离开凹槽的区域。

9、根据本申请的一些示例，底电极层的侧壁与凹槽的侧壁接触。

10、根据本申请的一些示例，底电极层和顶电极层分别为条状，且彼此纵横交错配置。

11、在第二方面，本申请的示例公开的用于通过电容法确定介电材料的介电常数的测量结构包括：

12、形成于从衬底的凹槽内、且依次层叠的底电极层和介电层；

13、以及，包括一体成型的覆盖部和测量部的顶电极层；

14、底电极层、介电层和顶电极构成平行板电容器；

15、覆盖部附着于顶电极层，且沿层叠的方向覆盖部与底电极层具有不相对的区域，测量部附着于衬底。

16、根据本申请的一些示例，介电层的顶表面与衬底的主表面齐平。

17、根据本申请的一些示例，沿层叠的方向投影，介电层覆盖于底电极层的部分表面；

18、和/或，沿层叠的方向，介电层的厚度小于底电极层的厚度；

19、和/或，沿层叠的方向，介电层的厚度小于顶电极层的厚度；

20、和/或，沿层叠的方向，底电极层的厚度等于或小于顶电极层的厚度。

21、根据本申请的一些示例，底电极层是金属层，且介电层是由金属层的金属元素形成的金属氧化物层；

22、和/或，底电极层和顶电极层分别独立地选自超导层。

23、在第三方面，本申请的示例公开的制造测量结构的方法包括：

24、刻蚀衬底形成凹槽；以及

25、基于凹槽的定位，依次地制造底电极层、介电层和顶电极层。

26、根据本申请的一些示例，介电层是通过对金属材质的底电极层表面予以氧化而形成；

27、或者，介电层是通过原子层沉积或等离子体增强化学气相沉积而形成。

28、在第四方面，本申请的示例公开了一种前述测量结构或的方法在制造超导行波参量放大器中的应用。

29、在第五方面，本申请的示例公开的确定介电材料的介电常数的测量方法包括：

30、提供、或通过实施上述方法的方式制造测量结构；

31、通过平行板电容器的电流电压曲线，确定平行板电容器的电容值，其中电流电压曲线是分别以底电极层和顶电极层不相对的部分为接触点测量而获得；

32、以及，根据平行板电容器的电容计算式、电容计算参数、和电容值确定介电常数，电容计算参数包括平行板电容器预定义的结构参数和电学参数。

33、有益效果：

34、本申请中基于平行板电容器结构构建测量结构，用以测量确定介电材料的介电常数。但是由于平行板电容器的结构特点，以及当电容器的组成由相对较薄的材料构成时，在测量过程中可能发生测量仪器将电容器的极板（本申请中描述为电极层）扎穿进而发生两极板短路的情况。这样的问题会导致测量失败，而无法获得有效的测量结果。

35、因此，在本申请的示例中，选择将平行电容器的两极板分别预留在层叠方向不相对的底电极测量部和顶电极测量部。如此，测量操作时，测量仪器与两个测量部接触时，不需要为放置扎穿引起短路而付出特别的注意和操作强度，从而可以也实现了降低操作难度。

1.一种测量结构，用于通过电容法确定介电材料的介电常数，其特征在于，所述测量结构包括：

2.根据权利要求1所述的测量结构，其特征在于，所述衬底设置有凹槽，所述平行板电容器的底电极层设置于所述凹槽内，所述顶电极测量部位于衬底离开所述凹槽的区域；

3.根据权利要求1或2所述的测量结构，其特征在于，所述底电极层的侧壁与凹槽的侧壁接触。

4.根据权利要求1所述的测量结构，其特征在于，所述底电极层和所述顶电极层分别为条状，且彼此纵横交错配置。

5.一种测量结构，用于通过电容法确定介电材料的介电常数，其特征在于，测量结构包括：

6.根据权利要求5所述的测量结构，其特征在于，所述介电层的顶表面与衬底的主表面齐平；

7. 一种制造权利要求1至6中任意一项所述测量结构的方法，其特征在于，所述方法包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述介电层是通过对金属材质的所述底电极层表面予以氧化而形成；

9.一种权利要求1至6之一所述的测量结构、或权利要求7或8所述的方法在制造超导行波参量放大器中的应用。

10.一种确定介电材料的介电常数的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：