铁电超导异质结及其应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115915910A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211428989.7(22)申请日2022.11.15(71)申请人北京量子信息科学研究院地址100193北京市海淀区中关村软件园二期国际与区域协同创新中心A座(72)发明人王文琳常凯(74)专利代理机构北京律和信知识产权代理事务所(普通合伙)11446专利代理师谢清萍刘兴(51)Int.Cl.H10N60/85(2023.01)H10N60/20(2023.01)H10N60/01(2023.01)H01L29/93(2006.01)H01L21/34(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图4页(54)发明名称铁电超导异质结及其应用(57)摘要本发明提供了一种铁电超导异质结及其应用。铁电超导异质结包括：衬底；超导体，由二维超导材料制成；以及铁电体，由二维铁电材料制成；其中超导体和铁电体并列布置在衬底上；或超导体和铁电体叠置在衬底上。本发明提供的铁电超导异质结为二维材料层状结构，有利于排除界面晶格失配导致的破坏性效应，有利于实现当铁电极化切换时形成的超导态‑正常态的完全开关，有利于提升开关比，降低功耗。能够将衬底、界面晶格匹配限制降低至最小。二维材料特性，更有利于控制层厚和元素掺杂，实现能带工程，对能带对齐和铁电极化强度/方向的精确控制。CN115915910ACN115915910A权利要求书1/2页1.一种铁电超导异质结，其特征在于，包括：衬底；超导体，由二维超导材料制成；以及铁电体，由二维铁电材料制成；其中，所述超导体和所述铁电体并列布置在所述衬底上；或所述超导体和所述铁电体叠置在所述衬底上。2.根据权利要求1所述的铁电超导异质结，其特征在于，所述二维超导材料包括C60、NbSe2、SnSe2、FeSe、过渡金属硫化物、铜基超导体、α‑Sn、PbTe或其掺杂材料。3.根据权利要求1所述的铁电超导异质结，其特征在于，所述二维铁电材料包括Ⅳ‑Ⅵ族化合物、Ⅲ‑Ⅴ族化合物、Ⅲ‑Ⅵ族化合物、过渡金属硫化物及其掺杂材料中的一种或几种。4.一种铁电超导场效应管，其特征在于，包括：权利要求1～3中任一所述的铁电超导异质结；漏极；源极；以及栅极或局域电极；其中，所述漏极与所述铁电超导异质结的所述超导体和所述铁电体相连，或仅与所述超导体相连；所述源极与所述超导体和所述铁电体相连，或仅与所述超导体相连；所述栅极与所述铁电体相连，或所述局域电极位于所述铁电体上方。5.根据权利要求4所述的铁电超导场效应管，其特征在于，所述超导体和所述铁电体的厚度均在0.2nm至2000nm之间。6.根据权利要求5所述的铁电超导场效应管，其特征在于，当所述超导体和所述铁电体并列布置在所述衬底上时，所述超导体和所述铁电体的界面缺陷密度小于1个/nm；当所述超导体和所述铁电体叠置在所述衬底上时，所述超导体和所述铁电体的界面缺陷密度小于5个/nm2。7.一种制备权利要求4～6中任一所述的铁电超导场效应管的方法，其特征在于，包括：制备铁电超导异质结；以及将电极与所述铁电超导异质结结合在一起；其中，所述电极包括所述漏极、所述源极，还包括所述栅极或所述局域电极。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，制备铁电超导异质结包括：准备衬底；在所述衬底上沉积第一材料，获得第一结构；以及基于所述第一结构，采用面内外延生长或面外外延生长的方法沉积第二材料，获得第二结构；其中，所述第一材料为二维超导材料和二维铁电材料中的一种，所述第二材料为二维超导材料和二维铁电材料中的另一种；所述铁电超导异质结为面内异质结或面外异质结。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，沉积所述第一材料和沉积所述第二材料的2CN115915910A权利要求书2/2页形核速率均为衬底温度均为‑196.15～1200℃。10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，制备铁电超导异质结包括：将二维超导材料和二维铁电材料分别进行机械解理，获得所述超导体和所述铁电体；以及将所述超导体和所述铁电体叠置在衬底上，获得所述铁电超导异质结。11.一种铁电超导变容二极管，其特征在于，包括粘附层、金属层和权利要求1～3中任一所述的铁电超导异质结；其中，所述铁电体位于所述衬底和所述超导体之间，所述粘附层位于所述超导体和所述金属层之间；所述铁电超导变容二极管为插指结构。12.根据权利要求11所述的铁电超导变容二极管，其特征在于，所述铁电体的厚度为1～5000nm，所述超导体的厚度为1～2000nm，所述粘附层的厚度为1～20nm，所述金属层的厚度为1～3000nm。13.根据权利要求11所述的铁电超导变容二极管，其特征在于，所述插指结构的插指数量为2～200个，宽度为1～5000nm，相邻插指