基于超小Nb/AlOx/Nb三层约瑟夫森结的单电荷器件

利用标准Nb/AlOx/Nb三层膜制备了约瑟夫森结晶体管和50结阵列，其结的线性尺寸从200 nm缩小至70 nm。制备工艺包括电子束光刻、干法刻蚀、阳极氧化以及化学机械抛光平坦化。样品在低至25 mK的温度下进行了表征。总体而言，所有结均具有高质量，其I-U特性显示出低漏电流和高达1.35 meV的超导能隙值。晶体管和阵列的特性在亚能隙区域表现出一些特征，这些特征与库珀对、准粒子及其组合的隧穿有关，源于偏置电压在各结之间的重新分配。晶体管样品的总岛电容范围为1.5 fF至4 fF，取决于结的尺寸。由线性尺寸小于100 nm × 100 nm的结制成的器件，在超导态和正常态下均表现出显著的单电子行为。我们还研究了晶体管和阵列样品中结电容的面积依赖性。