从微观结构角度优化用于约瑟夫森结的 $Al/AlO_x/Al$ 层体系
材料科学
2020-01-07 v2 量子物理
摘要
层体系常用于基于约瑟夫森结的超导器件。尽管已有大量工作致力于优化这些器件的超导性能，但迄今为止，关于沉积条件影响并结合纳米尺度结构分析的系统研究仍很少见。我们专注于优化沉积在 Si(111) 衬底上的 层体系的结构性能，特别关注 隧穿势垒的厚度均匀性。使用了标准高真空电子束沉积系统，并研究了衬底预处理、不同 Al 沉积温度与 Al 沉积速率的影响。采用透射电子显微镜分析 层体系的结构性能，以确定 层厚度均匀性、Al 层中的晶粒尺寸分布、Al 晶界类型以及 界面的形貌。我们表明，下层 Al 层的结构性能决定了整个 层体系的结构质量。最佳条件可在 Si(111) 衬底上获得外延 Al(111) 层，其 Al 层厚度在超过 10 范围内变化仅 1.6 nm，且横向晶粒尺寸可达 1 。在此类 Al 层上， 隧穿势垒的厚度波动被最小化，这对于隧穿电流的均匀性至关重要。对 Al 沉积速率与沉积温度的系统变化使人能够建立对生长机制的理解。
引用
@article{arxiv.1901.09625,
title = {Optimization of $Al/AlO_x/Al$-Layer Systems for Josephson Junctions from a Microstructure Point of View},
author = {S. Fritz and L. Radtke and R. Schneider and M. Weides and D. Gerthsen},
journal= {arXiv preprint arXiv:1901.09625},
year = {2020}
}