Trois évaporations sous angle

L'évaporation de l'aluminium a été réalisée dans un bâti ultra-vide(4) (UHV), où la

pression résiduelle est d'environ 10⁻¹⁰ Torr. Avant de transférer le masque de résine dans

ce bâti, celui-ci reste au préalable une nuit dans un sas de transfert, où la pression est de

l'ordre de 10⁻⁷ mBar. Cela permet de faire dégazer la résine sans contaminer l'UHV.

Le sas de transfert est aussi utilisé pour oxyder l'aluminium, de manière contrôlée. Une fois le masque transféré dans le bâti UHV, le sas, ainsi que les lignes d'amenée d'oxygène, sont chaués et pompés pendant environ trois heures. Cela an d'assurer une meilleure reproductibilité du procédé d'oxydation.

La fabrication du circuit a nécessité l'utilisation successive de trois évaporations

d'Alu-minium sous des angles diérents. Ces évaporations sont schématisées à la gure 3.3.

L'épaisseur d'aluminium déposée à chacune des évaporations est d'environ 15 nm. Une première évaporation est réalisée à un angle nul (motif rouge). Le motif d'aluminium formé sur le substrat est l'image conforme du masque. L'aluminium, qui ne s'est pas déposé sur le substrat, est resté sur la surface de la résine supérieure. La couche d'aluminium est ensuite

oxydée pendant 15 min dans le sas, avec une pression d'oxygène de2.0×10⁻² mBar.

3.1 Fabrication des échantillons 53

Fig. 3.3 Les trois évaporations d'aluminium utilisées pour fabriquer le circuit. Entre chaque évaporation, une oxydation est réalisée. La première et la deuxième évaporation créent les jonctions Josephson du transistor. La deuxième et la troisième évaporation créent les jonctions Josephson du SQUID.

poration de l'aluminium sous un angle de 25(motif bleu) recouvre la couche d'aluminium oxydé, et permet de créer les jonctions Josephson du transistor.

La couche d'aluminium dernièrement évaporée est à son tour oxydée pendant 30 min,

avec une pression d'oxygène de1.9mBar. Cette pression est élevée. Ceci peut être expliqué

par une bonne qualité du vide de l'enceinte. La pression d'oxygène utilisée pour la première oxydation était plus faible. Nous le comprenons par le fait que le masque supérieur est moins ouvert au-dessus des jonctions Josephson du transistor. Par conséquent, l'état du vide pourrait être localement détérioré par le dégazement de la résine environnante, facilitant l'oxydation.

La seconde oxydation crée la couche isolante des jonctions du SQUID. Ces dernières sont formées par la troisième évaporation d'aluminium sous un angle de -45(motif vert).

Les deux bras du transistor, indiqués à la gure3.3, ne sont pas reproduits sur le substrat

lors de cette évaporation. La largeur des bras de 100 nm est inférieure à l'épaisseur de la résine supérieure de 200 nm. Par conséquent, l'aluminium est évaporé sur les bords de la résine supérieure. Cette particularité empêche un court-circuit du transistor.

Une fois la troisième évaporation terminée, le circuit électrique est achevé. Il reste encore à enlever le masque de résine et, par la même occasion, l'aluminium que ce dernier soutient. Ceci est réalisé en plongeant la puce dans une solution de N-méthyl pyrrolidone (NMP) à la température de 80C, pendant 60 min. Cette dernière étape est appelée "lift-o".

Pression d'oxygène

Première oxydation (JJ du transitor) 2.0×10⁻² mBar durant 15 min

Deuxième oxydation (JJ du SQUID) 1.9 mBar durant 30 min

Tab. 3.2 Paramètres d'oxydation.

Des photos du circuit, réalisées au microscope électronique, sont montrées à la gure

3.4. La photo 3.4.a est une vue générale du circuit. On y voit les huit plots de contact

de supercies identiques et égales à 100 ×150 µm2. Nous avons souhaité minimiser la

supercie de ces plots an de réduire le nombre de vortex piégés. En eet, ces derniers sont responsables, de par leurs uctuations, d'un bruit de ux au niveau de l'échantillon. An de réduire ce bruit, les plots sont éloignées de la partie centrale de l'échantillon d'une

distance d'environ 500 µm.

Les plots de contact permettent de connecter le circuit aux lignes de polarisation. Les plots du haut servent à contrôler la tension de la grille du transistor. Les plots de gauche sont connectés à l'antenne on-chip. Les deux plots de droite servent à polariser le circuit en courant. Ils sont reliés au SQUID via deux lignes nes de largeur 300 nm. Celles-ci sont

visibles sur la photo3.4.b. La photo3.4.c zoom sur la partie centrale du circuit. L'encadré

rouge montre une boucle en aluminium interrompue par deux jonctions Josephson (JJ). Cela constitue le SQUID dc. Les aires des jonctions Josephson sont identiques et égales à

5 µm2. La boucle du SQUID, notée S, a une supercie de 347 µm2.

3.1 Fabrication des échantillons 55

Fig. 3.4 Diérentes photos MEB du circuit étudié. (a) Vue générale du circuit. (b) Lignes nes par lesquelles passe le courant de polarisation. (c) L'encadré rouge montre le SQUID. C'est-à-dire, la boucle supraconductrice interrompue par deux jonctions Josephson (JJ). Le SQUID est en parallèle avec l'ACPT (d). On distingue clairement l'îlot du transistor, isolé par deux petites jonctions Josephson.

contient l'ACPT et la jonction Josephson du SQUID la plus proche. Cette boucle, notée

T, a une supercie de 126 µm2. La photo 3.4.d montre l'îlot du transistor, ainsi que ses

deux jonctions Josephson dissymétriques. Les aires des jonctions du transistor sont

respec-tivement égales à 0.05 µm2 et à0.02µm2. La ligne, située à gauche de l'îlot, correspond à

la grille du transistor.

L'antenne on-chip est en partie visible en bas de la photo 3.4.c. Elle sert à créer des

impulsions de ux rapides (de durée typique 5 ns), ainsi que des impulsions de ux micro-onde.

Fig. 3.5 (a) Photographie MEB de l'ensemble des circuits tests. (b) Circuit test permettant la mesure de la somme des résistances des deux jonctions Josephson du transistor. (c) Circuit test du transistor modié. La grille est connecté à l'îlot du transistor. Cela permet la mesure de chacune des résistances des jonctions du transistor. (d) Circuit test permettant

de trouver la résistance de la jonction du SQUID. La longueur de la jonction test (5 µm)

est volontairement diminuée par rapport à la longueur de la jonction du SQUID (8 µm).

La résistance de la jonction test est ainsi plus grande, ce qui facilite sa mesure.

Test de résistance des jonctions Josephson Nous souhaitons évaluer, à la

tempéra-ture ambiante, le courant critique Ic des diérentes jonctions Josephson de notre circuit.

Cela est indispensable pour optimiser rapidement les paramètres du circuit. La relation de