Способ создания интегрированного криогенного адаптера питания на одном чипе в одном технологическом процессе Российский патент 2018 года по МПК H01L39/00 C23C14/06 B82B1/00 

Изобретение относится к области получения сверхпроводящих соединений и изготовления проводников и приборов на их основе и может быть использовано в электротехнической, радиотехнической, медицинской и других отраслях промышленности, в частности, для оптического тестирования интегральных микросхем, исследования излучения квантовых точек и в системах квантовой криптографии.

В настоящее время сверхпроводниковые однофотонные детекторы для их нормального функционирования снабжаются адаптерами смещения, которые относятся к пассивной системе питания и считывания полезного сигнала (read-out electronics). Принцип работы адаптера смещения или, как его называют, инжектор питания в фидер (англоязычное название bias-Tee) состоит в том, что ВЧ-сигнал вводится и выводится из коаксиального кабеля через конденсаторы. Таким образом, центральная жила кабеля по постоянному току изолирована от конечных устройств (трансивер, тюнер, усилитель, коммутатор) и ее можно использовать для его передачи. Постоянный ток на центральную жилу коаксиального кабеля подается через ВЧ-дроссели, которые, в свою очередь, "изолируют" цепи питания (или коммутации) от ВЧ-составляющей сигнала.

Таким образом, адаптеры смещения являются неотъемлемыми элементами сверхпроводникового однофотонного детектора.

В большинстве случаев адаптеры смещения являются «теплыми», т.е. находятся вне криогенных температур либо частично (US 20060164081 [1]), либо полностью (RU 2530468 [2]). Для обеспечения повышения точности измерения за счет более полного выделения полезного сигнала от сверхпроводникового однофотонного детектора целесообразно размещать и детектор, и адаптер смещения при одной температуре, минимизировав при этом число соединений между разнородными по материалу элементами устройства, при этом снизив их стоимость за счет создания возможности производства сверхпроводникового однофотонного детектора и адаптера смещения как одного целого. Важным условием работоспособности такого детектора являются интегрированные в схему нанорезисторы и конденсаторы. Так как устройство является криогенным, то требования к схемным элементам весьма жесткие. Прежде всего это связано с требованиями к качеству омического контакта между нанорезистором, конденсатором и чувствительным элементом (каналом проводимости). В настоящее время нанорезисторы изготавливают набором стандартных методов с использованием технологии нанесения слоев золота или металлических слоев титана или золота (CN 102353464 [3]). Этот метод - единственный, который предлагается при создании резисторов, работающих при температурах жидкого гелия, так как только Ti или Au может обеспечить необходимый номинал резистора при разработке конечного устройства.

Известен способ магнетронного напыления материалов в плазме (US 5346600 [4]) для осаждения покрытия из нитрида, карбида или карбонитрида металла на поверхность подложки распылением в плазме, содержащей инертный газ и по меньшей мере один газообразный реагент. Одновременно с осаждением пленки подложку бомбардируют ионами инертного газа для поддержания температуры на заданном уровне и регулирования микроструктуры покрытия. Способ не свободен от возможности диффузии атомов материала подложки в слой нитрида, карбида или карбонитрида, что вызовет некоторые технологические затруднения при формировании сверхпроводника и отрицательно сказывается на качестве приборов. Кроме того, технология не обеспечивает создание сверхпроводникового однофотонного детектора и адаптера смещения как одного целого.

Известен способ получения сверхпроводящих пленок из нитрида ниобия с высоким значением критической температуры (US 4726890 [5]), в соответствии с которым формирование пленки нитрида ниобия осуществляют реакционным магнетронным распылением ниобия на подложку в реакционной газовой смеси высокочистых аргона и азота в вакууме 10^-8 Торр при поддержании температуры подложки, равной 20°C, и постоянного давления в процессе распыления ниобия 16-21 мТорр, парциального давления азота в пределах 3-4 мТорр, парциального давления газа-носителя аргона 12,9-17 мТорр. Узкие пределы изменения технологических параметров в сочетании с отсутствием препятствий диффузии, составляющих подложки в слой формируемого сверхпроводника, а также трудности, возникающие с использованием длинномерных подложек, несколько ограничивают технологические возможности при реализации способа. Изготавливаемые однофотонные детекторы из таким образом полученной пленки обладают относительно низкой эффективностью детектирования. Кроме того, технология не обеспечивает создание сверхпроводникового однофотонного детектора и адаптера смещения как одного целого.

Известен способ формирования сверхпроводящего пленочного покрытия из нитрида ниобия, включающий распыление металлического ниобия в скрещенных магнитном и электрическом полях в потоке газовой смеси инертного газа и азота, осаждение нитрида ниобия на ленточную металлическую подложку с приложенным к ней потенциалом смещения и нанесенным промежуточным слоем, перемещаемую относительно зоны нанесения покрытия. При этом формирование пленки нитрида ниобия ведут осаждением на многократно перемещаемые участки ленточной подложки относительно потока плазмы низкого давления при соотношении времени пребывания участков в потоке плазмы и вне его, достаточном для рекомбинации нанесенных атомов и их групп с последующей термической обработкой покрытия вне плазмы при давлении, меньшем 0,01 Па (RU 2173733 [6]). Нанесение нитрида ниобия на ленточную металлическую подложку не позволяет использовать его непосредственно в однофотонных детекторах, а требует отделения полученной пленки от подложки, что связано с определенными технологическими трудностями. Кроме того, изготавливаемые однофотонные детекторы из полученной пленки обладают относительно низкой эффективностью детектирования.

Известен способ изготовления сверхпроводниковых однофотонных детекторов, включающий формирование на диэлектрической подложке канала проводимости из нитрида ниобия (см. Корнеева Ю.П., Корнеев А.А., Гольцман Г.Н. «Технология изготовления сверхпроводниковых однофотонных детекторов для ИК-диапазона». Тезисы доклада 4-ой Всероссийской конференции молодых ученых «Микронанотехнологии и их применение». Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН, Черноголовка, 22-24 ноября 2010 г. с. 61 [7]). Детекторы с площадью чувствительного элемента 7 мкм × 7 мкм, состоящего из 48, 56 и 70 параллельных полос с шагом 150 нм, 130 нм и 100 нм, шириной 100 нм, толщиной 4 нм на сапфировой подложке формировались методом прямой электронной литографии на электронном микроскопе JEOL JSM 6380, переделанном в электронный литограф при ускоряющем напряжении 30kV, токе пучка 2.7-3 рА и рабочем расстоянии 10 мм.

Недостатком изготавливаемых таким способом однофотонных детекторов являются относительно большие геометрические размеры формируемых полос (канала проводимости), что в свою очередь влияет на эффективность детектирования. Кроме того, известный способ позволяет изготавливать только каналы проводимости и контактные площадки.

Известен способ формирования периодических микроструктур на ВТСП пленках с джозефсоновскими свойствами (RU 2275714 [8]). Способ может быть применен к формированию двумерных периодических микроструктур с джозефсоновскими свойствами, используемых в высокочувствительных системах пленочных ВТСП сквид-магнитометрах, в частности, при создании высокочувствительных датчиков магнитного потока и детекторов электромагнитного поля, применяемых в устройствах для регистрации магнитокардиограмм в медицине, геофизике, экологии, контроля парамагнитных примесей в нефтепродуктах и т.п. Сущность изобретения заключается в том, что в способе формирования периодических микроструктур на ВТСП пленках с джозефсоновскими свойствами, включающем нанесение на подложку высокотемпературного сверхпроводника и формирование в ней областей со слабой связью, области со слабой связью формируют в процессе напыления ВТСП пленки путем одновременного создания в подложке областей разряжения и сжатия, оказывающих влияние на процесс роста пленки. Области периодического разряжения и сжатия в подложке могут быть созданы ультразвуковым импульсом лазерного излучения, в частности наносекундной длительности, возбуждающим акустическую стоячую волну с длиной порядка 45-90 мкм, при этом ультразвуковым импульсом воздействуют на противоположную сторону подложки. Способ направлен на изготовление элементов Джозефсона, повышение стабильности работы указанных элементов, надежность и воспроизводимость характеристик за счет предотвращения в области сужения сверхпроводящих элементов возможности возникновения паразитных слабых связей с критическими токами, меньшими критического тока мостиков, и отсутствия больших блоков, имеющих субструктуру, состоящую из разориентированных кристаллитов, которые образуют джозефсоновские структуры типа мостика Дайема на границах между кристаллитами либо на микровкраплениях несверхпроводящей фазы YBaCuO. Недостатком известного способа является невозможность формирования элементов, свойства которых заданы и должны отличаться между собой на небольшие значения.

Кроме того, известный способ не предусматривает формирование всех схемных элементов, входящих в состав устройства.

Известен способ изготовления сверхпроводниковых однофотонных детекторов, предложенный в RU 2476373 [9], который осуществляется следующим образом. На подложку, которая может быть выполнена из диэлектрика (в предпочтительном варианте из материала, прозрачного в области рабочих длин волн детектора, предпочтительно лейкосапфира), наносят любым из известных методов ультратонкую пленку нитрида ниобия и далее известным методом формируют канал проводимости. Полученные заготовки помещают в рабочую камеру, содержащую источник ускоренных частиц. В зависимости от вида используемого источника создают в ней вакуум 10^-4-10^-6 и обеспечивают контролируемое натекание рабочего газа (например, водорода, гелия, или кислорода, или их смеси) или атмосферу из инертного газа и/или воздуха. В качестве ускоренных частиц могут быть использованы ионы или атомы, например протоны, атомы гелия, ионы или атомы кислорода или смеси перечисленных частиц. Заготовки облучают потоком ускоренных частиц с энергией от ~0,3 до 5,0 кэВ. Под воздействием пучка ускоренных частиц происходит преобразование исходных свойств материала за счет селективного удаления атомов азота и замещения атомами кислорода, который всегда присутствует в рабочей камере, даже при высоком вакууме. В результате на подложке формируется проводящий канал из нитрида ниобия 2, окруженного слоем диэлектрика 3, имеющего сложный состав (NbN_xO_y).Требуемый диапазон значений энергий и время облучения для осуществления технологического процесса, которое зависит от геометрических параметров сформированного канала проводимости из нитрида ниобия, определяется расчетным путем или экспериментально. В первом случае на основании справочных данных и теоретических моделей рассчитывается доля удаляемых атомов. Если в результате облучения частицами будет происходить значительное их удаление, то сверхпроводящие свойства из-за малого количества оставшихся атомов материнского вещества могут исчезнуть. Во втором случае оптимальная энергия ускоренных частиц и время экспозиции определяются экспериментально. Подготовленные заготовки слоя требуемой толщины облучают потоком ускоренных частиц с различной энергией и получают дозные зависимости изменения требуемых свойств. Для этого на подложку наносят слой исходного вещества и осуществляют облучение с фиксированной дозой, после чего исследуют его свойства. На основании дозных зависимостей определяют оптимальную дозу облучения, которая необходима для достижения заданного уровня требуемых свойств.

Недостатком известного способа является то, что он предусматривает только преобразование параметров канала проводимости и не предполагает формирование всех схемных элементов, входящих в состав комбинированного устройства, - сверхпроводникового однофотонного детектора и адаптера смещения как одного целого.

Способ изготовления многосекционного однофотонного детектора на основе сверхпроводящего тонкопленочного материала описывается в CN 102353464 [10]. Технология изготовления предусматривает использование электронно-лучевой литографии. На полированную с двух сторон подложку из сапфира или окиси магния наносят тонкий слой сверхпроводящей пленки (толщина пленки 2~8 нм) и из нее получают несколько структур с конфигурацией меандра. В качестве токоограничителя отдельных секций в момент поглощения фотона используются нанорезисторы, изготовленные из тонкой пленки золота. Выполнение наноэлементов из разнородных металлов и их соединение между собой с образованием электрического контакта являются весьма сложной и трудоемкой технологической задачей. При этом известный способ не предусматривает изготовления сверхпроводникового однофотонного детектора и адаптера смещения как одного целого.

Наиболее близким к заявляемому по достигаемому результату - создание большого количества схемных элементов, входящих в состав устройства в едином технологическом цикле, является способ, раскрытый в RU 2581405 [11]. Способ изготовления сверхпроводящих многосекционных оптических детекторов включает формирование отдельных секций из сверхпроводящих нанопроводов, образующих рисунок в виде многосекционного меандра и сверхпроводящих соединительных проводов с интегрированными нанорезисторами, работающими как токоограничители для соединения секций с контактными площадками. При этом токоограничители формируют путем нанесения на сформированную структуру защитной резистивной маски, вскрытия в ней окон над отрезками соединительных проводов меандра с контактной площадкой и преобразованием их в несверхпроводящие за счет селективного изменения атомного состава воздействием пучка ускоренных частиц через защитную маску. Топология (длина и ширина) окна в резистивной маске определяет номинал резистора - токоограничителя. Соединительные нанопровода формируют из нитрида ниобия, а преобразование выбранных участков в несверхпроводящие осуществляют путем селективного замещения атомов азота на атомы кислорода путем воздействия пучком ускоренных частиц через защитную маску до получения металлического оксида ниобия. Кроме того, соединительные нанопровода формируют из нитрида ниобия, а преобразование выбранных участков в несверхпроводящие осуществляют путем селективного удаления атомов азота путем воздействия пучком ускоренных частиц через защитную маску до получения металлического ниобия.

Известный способ не предусматривает изготовления сверхпроводникового однофотонного детектора и адаптера смещения как одного целого на одной подложке и в одном технологическом процессе.

Заявляемый способ изготовления сверхпроводниковых однофотонных детекторов направлен на обеспечение возможности создания сверхпроводникового однофотонного детектора и адаптера смещения как одного целого в одном технологическом цикле.

Указанный результат достигается тем, что способ изготовления сверхпроводниковых однофотонных детекторов, включает нанесение на подложку слоя сверхпроводника и формирования из него методом оптической и электронной литографии сверхпроводящих элементов детектора, включая меандр, соединительные провода, контактные площадки, и последующее преобразование участков сверхпроводящих проводов в сопротивления требуемого номинала путем воздействия пучка ускоренных частиц. При этом на этой же подложке изготавливают и адаптер смещения, для чего на сформированную структуру сверхпроводящих элементов наносят резист, стойкий к ионному облучению, вскрывают окно над будущим сопротивлением адаптера, преобразуют находящийся в окне слой сверхпроводника в металл путем воздействия пучка ускоренных частиц и закрывают это окно, вскрывают окно над будущим конденсатором адаптера, преобразуют находящийся в окне слой сверхпроводника в диэлектрик путем воздействия пучка ускоренных частиц и наносят защитное покрытие.

Указанный результат достигается также тем, что соединительные провода и меандр формируют из нитрида ниобия, а преобразование выбранных участков в требуемое состояние осуществляют путем селективного замещения атомов азота на атомы кислорода вследствие воздействия смешанного пучка ускоренных протонов или атомов водорода и ионов окислителя (ионов кислорода О или гидроксильной группы ОН) в различном соотношении.

Указанный результат достигается также тем, что сопротивление адаптера смещения формируют в проводах из нитрида ниобия воздействием смешанного пучка ускоренных протонов или атомов водорода и ионов окислителя с энергиями 0,1-5 кэВ в течение 10-2000 с в зависимости от плотности тока пучка.

Указанный результат достигается также тем, что конденсатор адаптера смещения формируют в проводах из нитрида ниобия воздействием пучка ускоренных ионов или атомов кислорода с энергией 0,1-5 кэВ в течение 10-150 с в зависимости от плотности тока пучка.

Указанный результат достигается также тем, что сверхпроводящие элементы формируют из карбида ниобия, а преобразование выбранных участков соединительных проводов в требуемое состояние для создания элементов схемы адаптера смещения осуществляют путем селективного замещения атомов углерода на атомы кислорода вследствие воздействия смешанного пучка ускоренных протонов или атомов водорода и ионов окислителя в различном соотношении.

Указанный результат достигается также тем, что сопротивление адаптера смещения формируют в проводах из карбида ниобия воздействием смешанного пучка ускоренных частиц, состоящего из протонов и ионов окислителя в различных соотношениях с энергиями 0,1-5 кэВ в течение 10-2000 с в зависимости от плотности тока пучка.

Указанный результат достигается также тем, что конденсатор адаптера смещения формируют в проводах из карбида ниобия воздействием пучка ускоренных ионов или атомов кислорода с энергией 0,1-5 кэВ в течение 10-150 с в зависимости от плотности тока пучка.

Отличительными признаками заявляемого способа являются:

- преобразование участков сверхпроводящих проводов (тоководов) в металлические несверхпроводящие;

- преобразование участков сверхпроводящих проводов (тоководов) в диэлектрические несверхпроводящие;

- последовательность действий, заключающаяся в том, что на сформированную структуру сверхпроводящих элементов наносят резист, стойкий к ионному облучению, вскрывают окно над будущим сопротивлением адаптера, преобразуют находящийся в окне слой сверхпроводника в металл путем воздействия пучка ускоренных частиц и закрывают это окно; затем вскрывают окно над требуемым конденсатором адаптера, преобразуют находящийся в окне слой сверхпроводника в диэлектрик путем воздействия пучка ускоренных частиц и наносят защитное покрытие;

- сопротивление адаптера смещения формируют в проводах из нитрида ниобия воздействием смешанного пучка ускоренных частиц, состоящего из протонов и ионов окислителя в различных соотношениях с энергиями 0,1-5 кэВ в течение 10-2000 с в зависимости от плотности тока пучка;

- конденсатор адаптера смещения формируют в проводах из нитрида ниобия воздействием пучка ускоренных атомов кислорода с энергией 0,1-5 кэВ в течение 10-150 с в зависимости от плотности тока пучка;

- сопротивление адаптера смещения формируют в проводах из карбида ниобия воздействием смешанного пучка ускоренных частиц, состоящего из протонов и ионов окислителя в различных соотношениях с энергиями 0,1-5 кэВ в течение 10-2000 с в зависимости от плотности тока пучка;

- конденсатор адаптера смещения формируют в проводах из карбида ниобия воздействием пучка ускоренных атомов кислорода с энергией 0,1-5 кэВ в течение 10-150 с в зависимости от плотности тока пучка.

Преобразование участков провода, выполненных из веществ, обладающих сверхпроводящими свойствами, в несверхпроводящие в выбранных участках для формирования резистора и/или конденсатора за счет селективного изменения атомного состава путем воздействия пучком ускоренных частиц через защитную маску позволяет сформировать в едином технологическом цикле все схемные элементы детектора и адаптера смещения, наличие которых предусмотрено схемным решением изготавливаемого прибора, что обеспечивает высокую производительность процесса. Облучение через открытые участки сформированной на проводах маски потоком ускоренных частиц или атомов позволяет обеспечить преобразование этих участков провода, выполненных из веществ, обладающих сверхпроводящими свойствами в несверхпроводящие - металлические или диэлектрические. Наиболее целесообразным представляется использование в различных вариантах реализации предлагаемого способа для формирования проводов из нитрида ниобия или из карбида ниобия и, соответственно, обеспечивать селективную замену атомов азота на атомы кислорода или атомов углерода на атомы кислорода.

Наиболее эффективно использовать для преобразования веществ, обладающих сверхпроводящими свойствами в несверхпроводящие, путем использования в качестве ускоренных частиц протонов или атомов водорода, атомов или ионов окислителя, а также смешанных пучков, состоящих из данных ускоренных частиц в различном соотношении. Именно при их использовании происходит превращение сверхпроводящего нитрида или карбида ниобия в несверхпроводящий материал или диэлектрик.

Облучение смешанными пучками ускоренных частиц сформированной структуры из сверхпроводника в выбранных участках приводит к следующему:

1. Под действием ускоренных частиц (например, протонов) происходит выбивание атомов азота (углерода) из узлов кристаллической решетки нитрида (карбида) ниобия. Выбитые атомы азота (углерода) удаляются из облучаемого объема путем диффузии на различные стоки.

2. Ионы окислителя, содержащиеся в смешанном ионном пучке (например, О или ОН), частично или полностью замещают освободившиеся места выбитых атомов азота (углерода). В результате происходит преобразование сверхпроводника в металл (при частичном замещении удаляемых атомов) или в диэлектрик (при полном замещении удаляемых атомов).

В частных случаях для получения диэлектрика целесообразно в качестве пучка ускоренных частиц использовать пучок ионов или атомов кислорода. Это обеспечивает максимальную скорость и полноту преобразования свойств сверхпроводников.

Облучение смешанными ионными пучками используется с целью реализации процесса более плавного и контролируемого замещения атомов азота (углерода) на атомы кислорода, чем при облучении ускоренными ионами или атомами кислорода. Это позволяет останавливать процесс замещения атомов азота (углерода) на требуемом уровне концентрации атомов кислорода и, соответственно, более тонко управлять уровнем свойств преобразованного материала.

Целесообразно при формировании сопротивления адаптера смещения в проводах из нитрида ниобия использовать воздействие смешанного пучка ускоренных частиц с энергией 0,1-5 кэВ в течение 10-2000 с в зависимости от тока пучка. Если энергия частиц будет меньше 0,1 кэВ, то не будет происходить эффективное смещение атомов и, соответственно, требуемое изменение сверхпроводящих свойств исходного материала. При энергии больше 5 кэВ будет происходить недопустимое распыление исходного материала. Время воздействия менее 10 с не обеспечивает требуемого превращения исходного материала до заданного уровня свойств, а более 2000 с приводит к незапланированному их уровню. Однако в пределах от 10 с до 2000 с, изменяя ток пучка, можно более плавно контролировать изменение уровня свойств.

Если конденсатор адаптера смещения формируют в проводах из нитрида ниобия воздействием пучка ускоренных атомов кислорода, то целесообразно их использование с энергией 0,1-5 кэВ в течение 10-150 с. Если энергия частиц будет меньше 0,1 кэВ, то не реализуется требуемое преобразование на всю глубину исходной пленки, а если больше 5 кэВ, то заведомо будет происходить недопустимое распыление исходного материала. Время воздействия менее 10 с не обеспечит образование полноценного предельного оксида (Nb₂O₅), обладающего требуемыми диэлектрическими свойствами. Время воздействия более 150 с нецелесообразно, поскольку процесс создания предельного оксида (Nb₂O₅) заведомо реализован. Как и в предыдущем варианте, время облучения зависит от плотности тока пучка.

Целесообразно при формировании сопротивления адаптера смещения в проводах из карбида ниобия использовать воздействие смешанного пучка ускоренных частиц с энергией 0,1-5 кэВ в течение 10-2000 с в зависимости от тока пучка. Если энергия частиц будет меньше 0,1 кэВ, то не будет происходить эффективное смещение атомов и, соответственно, требуемое изменение сверхпроводящих свойств исходного материала. При энергии больше 5 кэВ будет происходить недопустимое распыление исходного материала. Время воздействия менее 10 с не обеспечивает требуемого превращения исходного материала до заданного уровня свойств, а более 2000 с приводит к незапланированному их уровню. Однако в пределах от 10 с до 2000 с, изменяя ток пучка, можно более плавно контролировать изменение уровня свойств.

Если конденсатор адаптера смещения формируют в проводах из карбида ниобия воздействием пучка ускоренных атомов кислорода, то целесообразно их использование с энергией 0,1-5 кэВ в течение 10-150 с. Если энергия частиц будет меньше 0,1 кэВ, то не реализуется требуемое преобразование на всю глубину исходной пленки, а если больше 5 кэВ, то заведомо будет происходить недопустимое распыление исходного материала. Время воздействия менее 10 с не обеспечит образование полноценного предельного оксида (Nb₂O₅), обладающего требуемыми диэлектрическими свойствами. Время воздействия более 150 с нецелесообразно, поскольку процесс создания предельного оксида (Nb₂O₅) заведомо реализован. Как и в предыдущем варианте, время облучения зависит от плотности тока пучка.

Данный метод позволяет создавать любые номиналы схемных элементов адаптера смещения, размещаемых в сверхпроводниковых проводах, поскольку условия облучения позволяют управлять электрическими свойствами облучаемого материала, то есть материал может проявлять себя как диэлектрик или как металл в зависимости от соотношения кислорода и азота или углерода и кислорода в модифицированной области.

Также данный метод является технологически простым, так как исключает множество стандартных технологических операций, которые, в свою очередь, очень сильно влияют на выход годного и на производительность технологии. Предложенный способ позволяет избежать трудоемких операций по соединению разнородных материалов в единую схему, а также необходимость формирования различного рода омических контактов из разнородных материалов. В результате повышается долговечность прибора и точность определения измеряемых параметров.

Сущность заявляемого способа изготовления сверхпроводниковых однофотонных детекторов поясняется примерами его реализации и чертежами, на которых представлена по стадиям принципиальная схема процесса реализации способа. На фиг. 1 показана стадия нанесения на подложку 1 ультратонкой пленки сверхпроводника. На фиг. 2 показана стадия формирования методами оптической и электронной литографии сверхпроводящей структуры. На фиг. 3 показана стадия изготовления сопротивления адаптера смещения. На фиг. 4 показана стадия изготовления конденсатора адаптера смещения. На фиг. 5 показан готовый прибор.

Пример 1. В общем случае способ изготовления сверхпроводниковых однофотонных детекторов осуществляется следующим образом. На подложку 1, которая может быть выполнена из диэлектрика, наносят любым из известных методов ультратонкую пленку 2 сверхпроводникового материала - нитрида ниобия или карбида ниобия (фиг. 1). Затем из него методами оптической и электронной литографии формируют все сверхпроводящие элементы детектора, включая контактные площадки 3, меандр 4, соединительные провода 5. На изготовленную сверхпроводящую структуру наносят резист 6, стойкий к ионному облучению, вскрывают окно 7 над будущим сопротивлением 8 адаптера, преобразуют находящийся в окне слой сверхпроводника в металл путем воздействия пучка ускоренных частиц и закрывают это окно. Вскрывают окно 9 над будущим конденсатором 10 адаптера, преобразуют находящийся в окне слой сверхпроводника в диэлектрик путем воздействия пучка ускоренных частиц и наносят защитное покрытие (на чертежах не показано).

Пример 2. Способ изготовления сверхпроводниковых однофотонных детекторов осуществлялся следующим образом. На подложку 1, которая может быть выполнена из диэлектрика, наносят любым из известных методов ультратонкую пленку 2 сверхпроводникового материала - нитрида ниобия. Затем из него методами оптической и электронной литографии формируют все сверхпроводящие элементы детектора, включая контактные площадки 3, меандр 4, соединительные провода 5. На изготовленную сверхпроводящую структуру наносят резист 6, стойкий к ионному облучению, вскрывают окно 7 над будущим сопротивлением 8 адаптера, преобразуют находящийся в окне слой сверхпроводника в металл путем воздействия в течение 100 с смешанным пучком протонов и ионов окислителя (гидроксильной группы ОН) в соотношении числа ионов окислителя к общему числу ионов 1.2⋅10^-3 с энергией 3.5 кэВ при плотности тока пучка 0.5 мА/см², которое приводит к преобразованию сверхпроводящих свойств в металлические при температуре 4.2 К, затем закрывают это окно. Вскрывают окно 9 над будущим конденсатором 10 адаптера, преобразуют находящийся в окне слой сверхпроводника в диэлектрик путем воздействия пучка ускоренных ионов кислорода в течение 100 с при токе пучка 0.1 мА/см² и энергии пучка 0.5 кэВ и наносят защитное покрытие.

Пример 3. Способ изготовления сверхпроводниковых однофотонных детекторов осуществлялся следующим образом. На подложку 1, которая может быть выполнена из диэлектрика, наносят любым из известных методов ультратонкую пленку 2 сверхпроводникового материала - нитрида ниобия. Затем из него методами оптической и электронной литографии формируют все сверхпроводящие элементы детектора, включая контактные площадки 3, меандр 4, соединительные провода 5. На изготовленную сверхпроводящую структуру наносят резист 6, стойкий к ионному облучению, вскрывают окно 7 над будущим сопротивлением 8 адаптера, преобразуют находящийся в окне слой сверхпроводника в металл путем воздействия в течение 200 с смешанным пучком протонов и ионов окислителя (кислорода: О) в соотношении числа ионов окислителя к общему числу ионов 1.1⋅10^-3 с энергией 2.5 кэВ при плотности тока пучка 0.25 мА/см², которое приводит к преобразованию сверхпроводящих свойств в металлические при температуре 4.2 К, затем закрывают это окно. Вскрывают окно 9 над будущим конденсатором 10 адаптера, преобразуют находящийся в окне слой сверхпроводника в диэлектрик путем воздействия пучка ускоренных ионов кислорода в течение 100 с при токе пучка 0.1 мА/см² и энергии пучка 0.5 кэВ и наносят защитное покрытие.

Пример 4. Способ изготовления сверхпроводниковых однофотонных детекторов осуществлялся следующим образом. На подложку 1, которая может быть выполнена из диэлектрика, наносят любым из известных методов ультратонкую пленку 2 сверхпроводникового материала - карбида ниобия. Затем из него методами оптической и электронной литографии формируют все сверхпроводящие элементы детектора, включая контактные площадки 3, меандр 4, соединительные провода 5. На изготовленную сверхпроводящую структуру наносят резист 6, стойкий к ионному облучению, вскрывают окно 7 над будущим сопротивлением 8 адаптера, преобразуют находящийся в окне слой сверхпроводника в металл путем воздействия в течение 300 с смешанным пучком протонов и ионов окислителя (кислорода О) в соотношении числа ионов окислителя к общему числу ионов 1.5⋅10^-3 с энергией 4.5 кэВ при плотности тока пучка 0.3 мА/см², которое приводит к преобразованию сверхпроводящих свойств в металлические при температуре 4.2 К, затем закрывают это окно. Вскрывают окно 9 над будущим конденсатором 10 адаптера, преобразуют находящийся в окне слой сверхпроводника в диэлектрик путем воздействия пучка ускоренных ионов кислорода в течение 150 с при токе пучка 0.15 мА/см² и энергии пучка 0.45 кэВ и наносят защитное покрытие.

Пример 5. Способ изготовления сверхпроводниковых однофотонных детекторов осуществлялся следующим образом. На подложку 1, которая может быть выполнена из диэлектрика, наносят любым из известных методов ультратонкую пленку 2 сверхпроводникового материала - карбида ниобия. Затем из него методами оптической и электронной литографии формируют все сверхпроводящие элементы детектора, включая контактные площадки 3, меандр 4, соединительные провода 5. На изготовленную сверхпроводящую структуру наносят резист 6, стойкий к ионному облучению, вскрывают окно 7 над будущим сопротивлением 8 адаптера, преобразуют находящийся в окне слой сверхпроводника в металл путем воздействия в течение 300 с смешанным пучком протонов и ионов окислителя (гидроксильной группы: ОН) в соотношении числа ионов окислителя к общему числу ионов 1.5⋅10^-3 с энергией 4.5 кэВ при плотности тока пучка 0.3 мА/см², которое приводит к преобразованию сверхпроводящих свойств в металлические при температуре 4.2 К, затем закрывают это окно. Вскрывают окно 9 над будущим конденсатором 10 адаптера, преобразуют находящийся в окне слой сверхпроводника в диэлектрик путем воздействия пучка ускоренных ионов кислорода в течение 100 с при токе пучка 0.11 мА/см² и энергии пучка 0.55 кэВ и наносят защитное покрытие.

Изобретение относится к области сверхпроводниковой микроэлектроники, в частности к способу создания интегрированного криогенного адаптера питания на одном чипе. Способ включает нанесение на подложку слоя сверхпроводника и формирование из него методом электронной литографии сверхпроводящих элементов детектора, включая меандр, соединительные провода, контактные площадки и последующее преобразование участков сверхпроводящих проводов в сопротивления требуемого номинала путем воздействия пучка ускоренных частиц. На этой же подложке изготавливают и адаптер смещения, для чего на сформированную структуру сверхпроводящих элементов наносят резист, стойкий к ионному облучению. Вскрывают окно над будущим сопротивлением адаптера, преобразуют находящийся в окне слой сверхпроводника в металл путем воздействия пучка ускоренных частиц и закрывают окно. Вскрывают окно над будущим конденсатором адаптера, преобразуют находящийся в окне слой сверхпроводника в диэлектрик путем воздействия пучка ускоренных частиц и наносят защитное покрытие. Технический результат - обеспечение возможности создания сверхпроводникового однофотонного детектора и адаптера смещения как одного целого в одном технологическом цикле. 6 з.п. ф-лы, 5 ил., 5пр.

1. Способ создания интегрированного криогенного адаптера питания на одном чипе, включающий нанесение на подложку слоя сверхпроводника и формирование из него методом оптической и электронной литографии сверхпроводящих элементов детектора, включающих меандр, соединительные провода и контактные площадки, и последующее преобразование участков сверхпроводящих проводов в сопротивления требуемого номинала путем воздействия пучка ускоренных частиц, отличающийся тем, что на упомянутой подложке в сформированных соединительных проводах изготавливают элементы схемы адаптера смещения, для чего на сформированную структуру сверхпроводящих элементов наносят резист, стойкий к ионному облучению, вскрывают в нем окно над будущим сопротивлением адаптера, преобразуют находящийся в окне слой сверхпроводника в металл путем воздействия пучка ускоренных частиц и закрывают упомянутое окно, вскрывают окно над будущим конденсатором адаптера, преобразуют находящийся в окне слой сверхпроводника в диэлектрик путем воздействия пучка ускоренных частиц и наносят защитное покрытие.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сверхпроводящие элементы формируют из нитрида ниобия, при этом преобразование выбранных участков соединительных проводов в требуемое состояние для создания элементов схемы адаптера смещения осуществляют путем селективного замещения атомов азота на атомы кислорода, для чего осуществляют воздействие смешанного пучка ускоренных протонов или атомов водорода и ионов окислителя.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что сопротивление адаптера смещения формируют в проводах из нитрида ниобия воздействием смешанного пучка ускоренных протонов или атомов водорода и ионов окислителя с энергиями 0,1-5 кэВ в течение 10-2000 с.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что конденсатор адаптера смещения формируют в проводах из нитрида ниобия воздействием пучка ускоренных ионов или атомов кислорода с энергией 0,1-5 кэВ в течение 10-150 с.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сверхпроводящие элементы формируют из карбида ниобия, при этом преобразование выбранных участков соединительных проводов в требуемое состояние для создания элементов схемы адаптера смещения осуществляют путем селективного замещения атомов углерода на атомы кислорода путем воздействия смешанного пучка ускоренных протонов или атомов водорода и ионов окислителя.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что сопротивление адаптера смещения формируют в проводах из карбида ниобия воздействием смешанного пучка ускоренных частиц, состоящего из протонов и ионов окислителя с энергиями 0,1-5 кэВ в течение 10-2000 с.

7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что конденсатор адаптера смещения формируют в проводах из карбида ниобия воздействием пучка ускоренных ионов или атомов кислорода с энергией 0,1-5 кэВ в течение 10-150 с.