一阶梯度并联型SQUID电流传感器以及制备方法与流程

一阶梯度并联型squid电流传感器以及制备方法
技术领域
1.本技术涉及电子技术领域，特别是涉及一种一阶梯度并联型squid电流传感器以及制备方法。


背景技术：

2.超导量子干涉仪(squid)是一种精密的电流、磁场测量仪器，具有极高的电流灵敏度和磁场灵敏度。超导转变边缘探测器(tes探测器)的灵敏度很高，但是噪声水平很低，输出信号较弱，其信号读出需要采用具有高电流灵敏度、噪声水平匹配的squid电流传感器。
3.squid电流传感器在工作时极易受到外界磁场的干扰，而且通常与tes探测器一起工作在无磁屏蔽或磁屏蔽效果并不好的环境中。因此，需将squid电流传感器设计成为梯度结构来减弱外界磁场的影响。然而，传统的squid电流传感器多采用串联结构，导致squid工作时临界电流范围较窄，不利于抵消外界磁场干扰。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述问题，提供一种一阶梯度并联型squid电流传感器以及制备方法。
5.本技术提供一种一阶梯度并联型squid电流传感器。所述一阶梯度并联型squid电流传感器包括环路电极、第一约瑟夫森结结构以及第二约瑟夫森结结构。所述环路电极形成一个封闭环路。所述第一约瑟夫森结结构的第一超导薄膜结构设置于所述环路电极。所述第二约瑟夫森结结构的第一超导薄膜结构设置于所述环路电极。且所述第一约瑟夫森结结构与所述第二约瑟夫森结结构间隔设置。
6.在一个实施例中，所述一阶梯度并联型squid电流传感器还包括输入线圈。所述输入线圈设置于所述环路电极的表面。且所述输入线圈与所述环路电极绝缘设置。所述输入线圈用于输入超导转变边缘探测器信号。
7.在一个实施例中，所述环路电极包括第一环路电极与第二环路电极。所述第二环路电极的第一端与所述第一环路电极的第一端连接。所述第二环路电极的第二端与所述第一环路电极的第二端连接，形成一个封闭环路。
8.在一个实施例中，所述第一约瑟夫森结结构的第一超导薄膜结构设置于所述第一环路电极的第一端。所述第二约瑟夫森结结构的第一超导薄膜结构设置于所述第一环路电极的第二端。
9.在一个实施例中，所述第一约瑟夫森结结构与所述第二约瑟夫森结结构设置于同一水平线上。所述第一环路电极和所述第二环路电极关于所述水平线对称设置。
10.在一个实施例中，所述输入线圈包括第一输入环路与第二输入环路。所述第一输入环路绝缘设置于所述第一环路电极的表面。所述第二输入环路绝缘设置于所述第二环路电极的表面。所述第一输入环路与所述第二输入环路首尾依次连接，形成所述输入线圈。
11.在一个实施例中，所述第一输入环路与所述第二输入环路通过输入环路连接结构
首尾连接。
12.在一个实施例中，所述一阶梯度并联型squid电流传感器还包括第一终端电阻与第二终端电阻。所述第一终端电阻与所述第一约瑟夫森结结构并联连接。所述第二终端电阻与所述第二约瑟夫森结结构并联连接。
13.在一个实施例中，所述一阶梯度并联型squid电流传感器还包括正极连接结构与负极连接结构。所述正极连接结构与所述环路电极连接。所述负极连接结构分别与所述第一约瑟夫森结结构的第二超导薄膜结构和所述第二约瑟夫森结结构的第二超导薄膜结构连接。
14.在一个实施例中，本技术提供一种一阶梯度并联型squid电流传感器的制备方法，包括：
15.提供基底，于所述基底表面制备二氧化硅薄膜；
16.于所述二氧化硅薄膜远离所述基底的表面依次制备第一超导薄膜层、第一绝缘层以及第二超导薄膜层；
17.对所述第二层超导薄膜进行刻蚀，刻蚀至所述第一绝缘层，形成第二超导薄膜结构；
18.对所述第一绝缘层进行刻蚀，刻蚀至所述第一层超导薄膜，形成第一绝缘结构，所述第一绝缘结构将所述第二超导薄膜结构覆盖；
19.对所述第一超导薄膜层进行刻蚀，刻蚀至所述二氧化硅薄膜，形成环路电极与第一超导薄膜结构；
20.于所述二氧化硅薄膜的表面、所述环路电极的表面、所述第一绝缘结构的表面以及所述第二超导薄膜结构的表面制备第二绝缘层；
21.对所述第二绝缘层进行刻蚀，分别刻蚀至所述环路电极与所述第二超导薄膜结构，形成多个连接通孔与第二绝缘结构；
22.于多个所述连接通孔之间的所述第二绝缘结构表面制备终端电阻；
23.于多个所述连接通孔与所述第二绝缘结构表面沉积引线超导薄膜层；
24.对所述引线超导薄膜层进行刻蚀，刻蚀至所述第二绝缘结构，形成输入线圈以及连接结构。
25.上述一阶梯度并联型squid电流传感器以及制备方法。所述环路电极为超导薄膜材料。所述环路电极形成一个封闭环路，所述第一约瑟夫森结结构和所述第二约瑟夫森结结构间隔设置于所述环路电极，形成squid环路。此时，所述squid环路中所述第一约瑟夫森结结构和所述第二约瑟夫森结结构之间，形成了并联电感结构，可减小squid环路电感，使得squid工作时的临界电流范围更广，可以有效抵消外界磁场干扰。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为一实施例中提供的一阶梯度并联型squid电流传感器的结构示意图。
28.图2为一实施例中提供的一阶梯度并联型squid电流传感器的结构示意图。
29.图3为一实施例中提供的一阶梯度并联型squid电流传感器的结构示意图。
30.图4为一实施例中提供的一阶梯度并联型squid电流传感器的电路结构示意图。
31.图5为一实施例中提供的一阶梯度并联型squid电流传感器的结构示意图。
32.图6为一实施例中提供的一阶梯度并联型squid电流传感器的结构示意图。
33.图7为一实施例中提供的一阶梯度并联型squid电流传感器的sem形貌图。
34.图8为一实施例中提供的一阶梯度并联型squid电流传感器的截面示意图。
35.图9为一实施例中提供的一阶梯度并联型squid电流传感器的截面示意图。
36.图10为一实施例中提供的一阶梯度并联型squid电流传感器中输入线圈的v-φ曲线。
37.附图标记说明：
38.一阶梯度并联型squid电流传感器100、环路电极20、第一环路电极210、第二环路电极220、输入线圈30、第一输入环路310、第二输入环路320、输入环路连接结构330、第一约瑟夫森结结构510、第二约瑟夫森结结构520、终端电阻60、第一终端电阻610、第一电阻连接结构611、第二电阻连接结构612、第二终端电阻620、第三电阻连接结构621、第四电阻连接结构622、正极连接结构710、负极连接结构720、基底10、二氧化硅薄膜110、第二超导薄膜结构120、第一绝缘结构130、连接通孔140、第二绝缘结构150、第一超导薄膜结构160。
具体实施方式
39.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
40.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
41.应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分，这些元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分与另一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分。因此，在不脱离本技术教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层、掺杂类型或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分；举例来说，可以将第一掺杂类型成为第二掺杂类型，且类似地，可以将第二掺杂类型成为第一掺杂类型；第一掺杂类型与第二掺杂类型为不同的掺杂类型，譬如，第一掺杂类型可以为p型且第二掺杂类型可以为n型，或第一掺杂类型可以为n型且第二掺杂类型可以为p型。
42.空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关
系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
43.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
44.这里参考作为本技术的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述申请的实施例，这样可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的所示形状的变化。因此，本技术的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造技术导致的形状偏差。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不表示器件的区的实际形状，且并不限定本技术的范围。
45.请参阅图1，本技术提供一种一阶梯度并联型squid电流传感器100。所述一阶梯度并联型squid电流传感器100包括环路电极20、第一约瑟夫森结结构510以及第二约瑟夫森结结构520。所述环路电极20形成一个封闭环路。所述第一约瑟夫森结结构510的第一超导薄膜结构设置于所述环路电极20。所述第二约瑟夫森结结构520的第一超导薄膜结构设置于所述环路电极20。且所述第一约瑟夫森结结构510与所述第二约瑟夫森结结构520间隔设置。
46.本实施例中，所述环路电极20为超导薄膜材料。所述环路电极20形成一个封闭环路，所述第一约瑟夫森结结构510和所述第二约瑟夫森结结构520间隔设置于所述环路电极20，形成squid环路的主要结构。此时，所述squid环路中所述第一约瑟夫森结结构510和所述第二约瑟夫森结结构520之间，形成了并联电感结构，可减小squid环路电感，使得squid工作时的临界电流范围更广，可以有效抵消外界磁场干扰。
47.并且，所述环路电极20、所述第一约瑟夫森结结构510与所述第二约瑟夫森结结构520形成的squid环路采用一阶梯度简单结构，有利于减弱外界磁场干扰。
48.请参阅图2，在一个实施例中，所述一阶梯度并联型squid电流传感器100还包括输入线圈30。所述输入线圈30设置于所述环路电极20的表面。且所述输入线圈30与所述环路电极20绝缘设置。所述输入线圈30用于输入超导转变边缘探测器信号。所述输入线圈30与超导转变边缘探测器(tes)连接，用于输入tes信号。
49.本实施例中，所述输入线圈30为超导薄膜材料。所述输入线圈30绝缘设置于所述环路电极20，与squid环路形成了上下重叠耦合结构。通过绝缘设置用以将各个结构之间隔开，避免彼此之间的流通电流串扰。可以理解为，所述输入线圈30与squid环路之间是彼此独立存在的。所述输入线圈30绝缘设置于所述环路电极20的表面，形成了上下重叠耦合结构，使得所述输入线圈30与squid环路的耦合更加匹配，增大了耦合系数。同时，所述squid环路形成一阶梯度简单结构，并通过并联电感结构，增大了与所述输入线圈30的耦合面积，耦合结构简单，更有利于实现tes信号的探测。
50.在一个实施例中，所述一阶梯度并联型squid电流传感器100还包括反馈线圈。所述反馈线圈与所述环路电极20间隔设置，且所述输入线圈30设置于所述环路电极20的表面，进而实现了所述反馈线圈与所述输入线圈30的间隔设置。当所述反馈线圈与测试系统连接，即与磁通锁定环连接时，所述反馈线圈中会通入适当的电流，用于进行磁通锁定，为所述输入线圈30与squid环路提供稳定的磁场环境，避免在检测过程中产生干扰。
51.在一个实施例中，所述环路电极20包括第一环路电极210与第二环路电极220。所述第二环路电极220的第一端与所述第一环路电极210的第一端连接。所述第二环路电极220的第二端与所述第一环路电极210的第二端连接，形成一个封闭环路。
52.本实施例中，图2中所述第一环路电极210与所述第二环路电极220如图2中最底层灰色区域(或图2中虚线线条标记的环路)。所述第二环路电极220与所述第一环路电极210相对设置的第一端连接。所述第二环路电极220与所述第一环路电极210相对设置的第二端连接。此时，所述第二环路电极220与所述第一环路电极210形成了一个封闭的连接环路，且彼此之间没有交叉。从而，当所述第一约瑟夫森结结构510和所述第二约瑟夫森结结构520间隔设置于所述环路电极20时，可以形成并联电感结构的squid环路。
53.在一个实施例中，所述第一约瑟夫森结结构510的第一超导薄膜结构设置于所述第一环路电极210的第一端。所述第二约瑟夫森结结构520的第一超导薄膜结构设置于所述第一环路电极210的第二端。
54.本实施例中，所述第一约瑟夫森结结构510与所述第二约瑟夫森结结构520设置于所述第一环路电极210的第一端与第二端。所述第二环路电极220的第一端与所述第一环路电极210的第一端连接。所述第二环路电极220的第二端与所述第一环路电极210的第二端连接。进而，所述第一约瑟夫森结结构510与所述第二约瑟夫森结结构520也设置于所述第二环路电极220的第一端与第二端。所述第一环路电极210和所述第二环路电极220关于所述第一约瑟夫森结结构510和所述第二约瑟夫森结结构520对称设置。当所述环路电极20通入电流时，通过对称设置可以相互抵消掉自身产生的干扰，进而避免在检测过程中产生干扰。
55.在一个实施例中，所述第一约瑟夫森结结构510的第一超导薄膜结构160(下层nb膜)与所述第一环路电极210的第一端。所述第二约瑟夫森结结构520的第一超导薄膜结构160(下层nb膜)与所述第一环路电极210的第二端连接，形成了两个约瑟夫森结并联形成的squid环路。两个约瑟夫森结并联形成的squid环路转换成电路结构如图4所示。
56.所以，所述环路电极20并联设置于所述第一约瑟夫森结结构510与所述第二约瑟夫森结结构520之间，形成了一阶梯度并联结构的squid环路。squid环路采用并联电感的方式增大了与所述输入线圈30的耦合面积。且squid环路与所述输入线圈30形成了上下重叠耦合结构。因此，所述一阶梯度并联型squid电流传感器100形成了一阶梯度并联电感结构的squid电流传感器，耦合结构简单，可减小squid环路电感，使得squid工作时的临界电流范围更广，有利于减弱外界磁场干扰，有利于所述输入线圈30与squid环路的耦合匹配。
57.请参阅图3，在一个实施例中，所述第一约瑟夫森结结构510与所述第二约瑟夫森结结构520设置于同一水平线上。所述第一环路电极210和所述第二环路电极220关于所述水平线对称设置。
58.本实施例中，所述第一环路电极210和所述第二环路电极220关于所述水平线对称
设置，形成对称结构。当所述环路电极20通入电流时，通过对称设置可以相互抵消掉自身产生的干扰，进而避免在检测过程中产生干扰。
59.请参阅图2，在一个实施例中，所述输入线圈30包括第一输入环路310与第二输入环路320。所述第一输入环路310绝缘设置于所述第一环路电极210的表面。所述第二输入环路320绝缘设置于所述第二环路电极220的表面。所述第一输入环路310与所述第二输入环路320首尾依次连接，形成所述输入线圈30。
60.本实施例中，所述第一输入环路310与所述第二输入环路320首尾依次连接，形成所述输入线圈30，如图2中所示的虚线所示。所述输入线圈30与超导转变边缘探测器(tes)连接，用于输入tes信号。当输入tes信号时，所述输入线圈30中输入电流发生变化，使得磁场发生变化。此时，squid环路在偏置磁场的作用下进入电阻态，squid环路形成电压偏置，进而获得tes信号的变化情况，实现了tes探测器信号读出。
61.所述第一输入环路310绝缘设置于所述第一环路电极210的表面。所述第二输入环路320绝缘设置于所述第二环路电极220的表面。此时，通过所述第一输入环路310与所述第一环路电极210的对应设置，所述第二输入环路320与所述第二环路电极220的对应设置，可以使得所述输入线圈30与所述环路电极20的上下重叠耦合结构更加匹配。从而，通过所述输入线圈30绝缘设置于所述环路电极20的表面，形成了上下重叠耦合结构，使得所述输入线圈30与squid环路的耦合更加匹配，增大了耦合系数。
62.请参阅图2，在一个实施例中，所述第一输入环路310与所述第二输入环路320通过输入环路连接结构330首尾连接。
63.本实施例中，所述第一输入环路310与所述第二输入环路320通过所述输入环路连接结构330首尾连接，形成一条不封闭的链路。此时，所述输入线圈30具有两个连接端口，如a 端与a-端(图2所示)，用于作为输入端与输出端。
64.其中，所述输入环路连接结构330与所述环路电极20设置在同一层，均为超导薄膜材料。
65.请参阅图5，在一个实施例中，所述一阶梯度并联型squid电流传感器100还包括第一终端电阻610与第二终端电阻620。所述第一终端电阻610与所述第一约瑟夫森结结构510并联连接。所述第二终端电阻620与所述第二约瑟夫森结结构520并联连接。所述第一终端电阻610和所述第二终端电阻620用于减弱信号反射。所述环路电极20、所述第一约瑟夫森结结构510、所述第二约瑟夫森结结构520、所述第一终端电阻610以及所述第二终端电阻620形成了完整的squid环路。
66.本实施例中，所述第一终端电阻610一端与所述环路电极20连接，进而与所述第一约瑟夫森结结构510的第一超导薄膜结构160(下层nb膜)实现连接。所述第一终端电阻610另一端与所述第一约瑟夫森结结构510的第二超导薄膜结构120(上层nb膜)连接，进而实现所述第一终端电阻610与所述第一约瑟夫森结结构510的并联连接。所述第二终端电阻620一端与所述环路电极20连接，进而与所述第二约瑟夫森结结构520的第一超导薄膜结构160(下层nb膜)实现连接。所述第二终端电阻620另一端与所述第二约瑟夫森结结构520的的第二超导薄膜结构120(上层nb膜)连接，进而实现所述第二终端电阻620与所述第二约瑟夫森结结构520的并联连接。
67.在一个实施例中，所述第一终端电阻610分别通过第一电阻连接结构611和第二电
阻连接结构612与所述第一约瑟夫森结结构510并联连接。所述第一电阻连接结构611连接所述第一约瑟夫森结结构510的第二超导薄膜结构120(上层nb膜)。所述第二电阻连接结构612连接所述第一约瑟夫森结结构510的第一超导薄膜结构160(下层nb膜)，即所述环路电极20。
68.同理，所述第二终端电阻620分别通过第三电阻连接结构621和第四电阻连接结构622与所述第二约瑟夫森结结构520并联连接。所述第三电阻连接结构621连接所述第二约瑟夫森结结构520的第二超导薄膜结构120(上层nb膜)。所述第四电阻连接结构622连接所述第二约瑟夫森结结构520的第一超导薄膜结构160(下层nb膜)，即所述环路电极20。
69.请参阅图5，在一个实施例中，所述一阶梯度并联型squid电流传感器100还包括正极连接结构710与负极连接结构720。所述正极连接结构710与所述环路电极20连接。所述负极连接结构720分别与所述第一约瑟夫森结结构510的第二超导薄膜结构和所述第二约瑟夫森结结构520的第二超导薄膜结构连接。
70.本实施例中，通过所述正极连接结构710与所述负极连接结构720，将所述第一约瑟夫森结结构510和所述第二约瑟夫森结结构520并联形成的squid环路的正负极引出。通过所述正极连接结构710与所述负极连接结构720可以连接电源的正负极，实现对squid环路的电压的检测，进而获得tes信号的变化情况，实现了tes探测器信号读出。
71.通过所述负极连接结构720分别与所述第一约瑟夫森结结构510的第二超导薄膜结构和所述第二约瑟夫森结结构520的第二超导薄膜结构连接。此时，也可以理解为所述第一约瑟夫森结结构510的第二超导薄膜结构和所述第二约瑟夫森结结构520的第二超导薄膜结构通过所述负极连接结构720连接。进而，所述负极连接结构720、所述第一约瑟夫森结结构510、所述第二约瑟夫森结结构520以及所述环路电极20形成了两个约瑟夫森结并联的squid环路。
72.在一个实施例中，所述负极连接结构720、所述第一电阻连接结构611、所述第三电阻连接结构621为同一个连接结构，实现所述第一终端电阻610、所述第一约瑟夫森结结构510的第二超导薄膜结构120(上层nb膜)、所述第二约瑟夫森结结构520的第二超导薄膜结构120(上层nb膜)、所述第二终端电阻620的连接。具体地，所述第一电阻连接结构611、所述第三电阻连接结构621以及所述负极连接结构720为nb膜引线层结构。
73.请参阅图6，在一个实施例中，所述第一约瑟夫森结结构510和所述第二约瑟夫森结结构520关于垂直线对称设置。所述环路电极20关于所述垂直线对称设置。
74.本实施例中，所述第一约瑟夫森结结构510、所述第二约瑟夫森结结构520、所述环路电极20均关于垂直线对称，使得形成的squid环路形成关于水平线和垂直线均对称的结构。此时，将所述第一约瑟夫森结结构510和所述第一环路电极210旋转180
°
，得到所述第二约瑟夫森结结构520和所述第二环路电极220。squid环路形成了中心对称结构。从而，当所述环路电极20通入电流时，通过squid环路的对称的结构，可以相互抵消掉自身产生的干扰，进而避免在检测过程中产生干扰。
75.在一个实施例中，所述第一终端电阻610与所述第二终端电阻620关于所述垂直线对称设置。
76.本实施例中，所述第一终端电阻610、所述第二终端电阻620、所述第一约瑟夫森结结构510、所述第二约瑟夫森结结构520、所述环路电极20、所述第一输入环路310、所述第二
输入环路320形成的整体结构，形成了对称结构。
77.请参阅图7，在一个实施例中，图7为基于超导量子干涉仪的电流传感器的sem形貌图。
78.请参阅图8和图9，在一个实施例中，本技术提供一种一阶梯度并联型squid电流传感器的制备方法，包括：
79.s10，提供基底10，于所述基底10表面制备二氧化硅薄膜110；
80.s20，于所述二氧化硅薄膜110远离所述基底10的表面依次制备第一超导薄膜层、第一绝缘层以及第二超导薄膜层；
81.s30，对所述第二层超导薄膜进行刻蚀，刻蚀至所述第一绝缘层，形成第二超导薄膜结构120；
82.s40，对所述第一绝缘层进行刻蚀，刻蚀至所述第一层超导薄膜，形成第一绝缘结构130，所述第一绝缘结构130将所述第二超导薄膜结构120覆盖；
83.s50，对所述第一超导薄膜层进行刻蚀，刻蚀至所述二氧化硅薄膜110，形成环路电极20与第一超导薄膜结构160；
84.s60，于所述二氧化硅薄膜110的表面、所述环路电极20的表面、所述第一绝缘结构130的表面以及所述第二超导薄膜结构120的表面制备第二绝缘层；
85.s70，对所述第二绝缘层进行刻蚀，分别刻蚀至所述环路电极20与所述第二超导薄膜结构120，形成多个连接通孔140与第二绝缘结构150；
86.s80，于多个所述连接通孔140之间的所述第二绝缘结构150表面制备终端电阻60；
87.s90，于多个所述连接通孔140与所述第二绝缘结构150表面沉积引线超导薄膜层；
88.s100，对所述引线超导薄膜层进行刻蚀，刻蚀至所述第二绝缘结构150，形成输入线圈30以及连接结构。
89.本实施例中，在所述s20中，采用磁控溅射法依次制备第一超导薄膜层(下层nb膜)、第一绝缘层(alo
x
)以及第二超导薄膜层(上层nb膜)，即形成nb/alo
x
/nb三层膜。
90.在所述s30和所述s40中，分别对所述第二层超导薄膜和所述第一绝缘层进行刻蚀，形成所述第二超导薄膜结构120和所述第一绝缘结构130。在所述s40中，所述第一绝缘层为氧化铝(alo
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)，采用湿法腐蚀所述第一绝缘层(氧化铝)，使得所述第一绝缘结构130将所述第二超导薄膜结构120完全覆盖设置。可以理解为所述第一绝缘结构130的面积大于所述第二超导薄膜结构120的面积。通过所述第一绝缘结构130将所述第二超导薄膜结构120覆盖设置，可以确保形成的nb/alo
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/nb约瑟夫森结区不侧漏，有利于squid环路中约瑟夫森结的质量稳定。
91.在所述s50中，所述环路电极20与所述第一超导薄膜结构160为同一层超导薄膜。对所述第一超导薄膜层进行刻蚀，形成了squid环路电极图形(即所述环路电极20)和约瑟夫森结的第一超导薄膜结构160(图中8和图9仅示意出第一超导薄膜结构160)。此时，可以理解为所述第一超导薄膜结构160与squid环路电极图形为一体的结构，均为对所述第一超导薄膜层进行刻蚀形成。squid环路图形如图2中所述环路电极20和所述输入环路连接结构330等结构。此时，所述第一超导薄膜结构160、所述第二超导薄膜结构120、所述第一绝缘结构130形成约瑟夫森结结构。两个约瑟夫森结结构与所述环路电极20形成超导量子干涉仪环路(squid环路)。
92.在所述s70中，多个所述连接通孔140用于沉积nb膜。此时，nb膜通过所述连接通孔140实现与环路电极20的电连接。其中，通过所述连接通孔140可以引出图2中的所述正极连接结构710。nb膜通过所述连接通孔140可以实现与所述第二超导薄膜结构120(约瑟夫森结的上层nb膜)的电连接。其中，通过所述连接通孔140可以引出图2中的所述负极连接结构720。同时，通过所述第二绝缘结构150可以实现图2中所述环路电极20、所述输入线圈30等重叠结构之间的隔离绝缘作用。
93.在所述s80中，所述终端电阻60(第一终端电阻610与第二终端电阻620)(可参见图5中结构)靠近约瑟夫森结设置，作为所述一阶梯度并联型squid电流传感器100的终端电阻。
94.在所述s90中，于多个所述连接通孔140与所述第二绝缘结构150表面沉积引线超导薄膜层。所述引线超导薄膜层为nb膜。在所述s100中，对所述引线超导薄膜层(nb膜)进行刻蚀，形成所述输入线圈30以及连接结构等。其中，连接结构可以为上述实施例中涉及到的连接结构，如图5中所述第一电阻连接结构611、所述第二电阻连接结构612、所述第三电阻连接结构621、所述第四电阻连接结构622、所述正极连接结构710、所述负极连接结构720等。
95.因此，通过所述一阶梯度并联型squid电流传感器的制备方法，所述第一绝缘结构130将所述第二超导薄膜结构120覆盖，可以确保约瑟夫森结区不侧漏，有利于squid中约瑟夫森结的质量稳定。同时，通过所述一阶梯度并联型squid电流传感器的制备方法制备获得所述一阶梯度并联型squid电流传感器100，可以增大耦合面积，有效抵消外界磁场干扰，更有利于tes信号的读出。
96.在一个实施例中，所述二氧化硅薄膜110的厚度为100nm～1000nm。所述第一超导薄膜层(下层nb膜)的厚度为100nm～500nm。所述第一绝缘层(alo
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)的厚度为5nm～30nm。所述第二超导薄膜层(上层nb膜)的厚度为100nm～500nm。所述第二绝缘结构150的厚度为200nm～600nm。所述终端电阻60(pdau薄膜)的厚度为50nm～500nm。所述引线超导薄膜层(nb薄膜)的厚度为300nm～800nm。
97.在一个实施例中，采用磁控溅射法制备nb/alo
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/nb三层膜时，alo
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膜的氧化气压为100mtorr～5000mtorr，氧化时间为5小时～24小时。约瑟夫森结区面积为(所述第二超导薄膜结构120)1μm2～100μm2。
98.具体地，在一个实施例中，所述一阶梯度并联型squid电流传感器的制备方法，包括：
99.在生长100nm厚的sio2薄膜110的2寸单晶高阻硅片10上采用磁控溅射法制备nb/alo
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/nb三层膜，厚度分别为100nm、5nm和100nm。其中，采用磁控溅射法制备alo
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膜时，采用氧化气压为100mtorr，氧化时间为5小时进行制备。
100.在上述步骤基础上进行第一次光刻，并刻蚀上层nb膜，得到面积为1μm2的约瑟夫森结区上层图形(所述第二超导薄膜结构120)。
101.在上述步骤基础上进行第二次光刻，采用湿法腐蚀刻蚀中间层alo
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膜，形成alo
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结构130，得到约瑟夫森结区中间层图形。其中，alo
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结构130完全覆盖上层图形120。
102.在上述步骤基础上进行第三次光刻，刻蚀最下层nb膜，得到squid环路图形。
103.在上述步骤基础上，采用低温化学气相沉积法生长200nm厚的sio2薄膜，然后进行
第三次光刻，并刻蚀sio2薄膜，得到nb线层与下层nb膜的通孔连接结构140。剩下的sio2薄膜即为第二绝缘结构150。
104.在上述步骤基础上，进行第四次光刻，采用电子束蒸发法制备50nm厚的pdau薄膜作为电阻层，并剥离得到pdau电阻60。
105.在上述步骤基础上，采用磁控溅射法沉积300nm厚的nb薄膜，然后进行第五次光刻，并刻蚀nb膜，得到所述输入线圈30以及连接结构图形。
106.在上述步骤基础上，对2寸样品进行划片，得到一阶梯度并联型squid电流传感器100。
107.在一个实施例中，所述一阶梯度并联型squid电流传感器的制备方法，包括：
108.在生长1000nm厚的sio2薄膜110的2寸单晶高阻硅片10上采用磁控溅射法制备nb/alo
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/nb三层膜，厚度分别为500nm、30nm和500nm。其中，采用磁控溅射法制备alo
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膜时，采用氧化气压为5000mtorr，氧化时间为24小时进行制备。
109.在上述步骤基础上进行第一次光刻，并刻蚀上层nb膜，得到面积为100μm2的约瑟夫森结区上层图形(所述第二超导薄膜结构120)。
110.在上述步骤基础上进行第二次光刻，采用湿法腐蚀刻蚀中间层alo
x
膜，形成alo
x
结构130。其中，alo
x
结构130完全覆盖上层图形120。
111.在上述步骤基础上进行第三次光刻，刻蚀最下层nb膜，得到squid环路图形。
112.在上述步骤基础上，采用低温化学气相沉积法生长600nm厚的sio2薄膜，然后进行第三次光刻，并刻蚀sio2薄膜，得到nb线层与下层nb膜的通孔连接结构140。剩下的sio2薄膜即为第二绝缘结构150。
113.在上述步骤基础上，进行第四次光刻，采用电子束蒸发法制备500nm厚的pdau薄膜作为电阻层，并剥离得到pdau电阻60。
114.在上述步骤基础上，采用磁控溅射法沉积800nm厚的nb薄膜，然后进行第五次光刻，并刻蚀nb膜，得到所述输入线圈30以及连接结构图形。在上述步骤基础上，对2寸样品进行划片，得到一阶梯度并联型squid电流传感器100。
115.请参阅图10，一阶梯度并联型squid电流传感器100中输入线圈的磁通电压转换系数为10μv/φ0。
116.在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
117.上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
118.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。