采用 MoN$_x$ 动力学电感与自分流约瑟夫森结的超导电子器件制备工艺

超导电子器件制备的最新进展已能实现在 1-cm$^2$ 芯片上集成近百万个约瑟夫森结（JJs）的单磁通量子（SFQ）数字电路。由于 SFQ 逻辑单元面积较大，进一步提升集成规模面临挑战，该面积主要由电阻分流的 Nb/AlO$_x$-Al/Nb JJs 以及利用多层 Nb 的几何电感的面积决定。为克服这些挑战，我们正在开发一种采用自分流高临界电流密度 JJs 和紧凑薄膜 MoN$_x$ 动力学电感替代几何电感的制备工艺。我们给出了具有宽范围 T$_c$ 的 MoN$_x$ 薄膜的制备细节与性质，包括残余应力、电阻率、临界电流和磁场穿透深度 $\lambda_0$。作为动力学电感，我们实现了 T$_c$ 约 8 K、$\lambda_0$ 约 0.51 $\mu$m、电感可在 2 至 8 pH/sq 范围内调节的 Mo$_2$N 薄膜。我们还给出了基于 Nb 的自分流 JJs 的制备与电学表征数据：其具有 AlO$_x$ 隧穿势垒且 J$_c$ = 0.6 mA/$\mu$m$^2$，以及具有 10 nm 厚 Si$_{1-x}$Nb$_x$ 势垒（x 从 0.03 到 0.15）、通过共溅射在 200-mm 晶圆上制备的 JJs。我们证明，在 x < 0.08 时 Si$_{1-x}$Nb$_x$ 势垒中的电子输运机制是通过多重局域态链的非弹性共振隧穿。在较大 x 下，其约瑟夫森特性强烈依赖于 x 和 Nb 电极中的残余应力，且总体上劣于 AlO$_x$ 隧穿势垒。