Summary
المرنانات الميكروويف فائقة التوصيل هي من مصلحة للكشف عن الضوء، وتطبيقات الحوسبة الكمومية والمواد التوصيف. يعرض هذا العمل إجراءات مفصلة لتصنيع وتوصيف المعلمات مرنان نثر فائقة التوصيل الميكروويف.
Abstract
المرنانات الميكروويف فائقة التوصيل هي من مصلحة لمجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك استخدامهم للكشف عن الموجات الدقيقة الحركية الحث (MKIDs) للكشف عن التوقيعات الفيزياء الفلكية خافت، وكذلك لتطبيقات الحوسبة الكمومية والمواد التوصيف. في هذه الورقة، وتعرض إجراءات لتصنيع وتوصيف الأغشية الرقيقة المرنانات فائقة التوصيل الميكروويف. منهجية تلفيق تسمح لتحقيق فائقة التوصيل المرنانات نقل الخط مع الميزات على كلا الجانبين من واحدة من الكريستال السليكون عازل السلس بالذرة. يصف هذا العمل الإجراء لتركيب أجهزة مرنان في المرحلة التجريبية الميكروويف المبردة وباردة إلى أسفل تحت درجة حرارة فائقة التوصيل الانتقالية. مجموعة المتابعة للاختبارات الموجات الدقيقة المبردة يسمح احد للقيام قياسات دقيقة للانتقال الموجات الدقيقة معقدة من هذه الأجهزة مرنان، مما يتيح استخراج العلاقات العامةoperties للخطوط فائقة التوصيل والركيزة عازلة (على سبيل المثال، عوامل الجودة الداخلية، وفقدان وكسور الحث الحركية)، التي تعتبر هامة لتصميم الجهاز والأداء.
Introduction
التقدم في أجهزة الفيزياء الفلكية أدخلت مؤخرا المرنانات الميكروويف فائقة التوصيل للكشف عن الأشعة تحت الحمراء 1 - 4 ووفائقة التوصيل مرنان يستجيب للأشعة تحت الحمراء الطاقة E = HV> 2Δ (حيث h هو ثابت، والخامس بلانك هو تردد الإشعاع وΔ هو وفائقة التوصيل فجوة الطاقة). عندما يتم تبريد مرنان إلى درجة حرارة أقل بكثير من موصل جيد للكهرباء درجة الحرارة الحرجة، وهذا الإشعاع الحادث يكسر أزواج كوبر في حجم مرنان ويولد الإثارات quasiparticle. الزيادة في الكثافة من الإثارات quasiparticle تغير الحث الحركية، وبالتالي مقاومة سطح المعقدة للموصل جيد للكهرباء. لوحظ هذا الرد البصرية تحولا في تردد صدى لأدنى تردد، وانخفاض في معامل نوعية مرنان. في الكنسي مخطط للقراءة خارج لبقرات الميكروويفعرة للكشف عن الحث (MKID)، يقترن مرنان لfeedline الميكروويف واحد يراقب انتقال معقدة من خلال هذا feedline في لهجة تردد الموجات الدقيقة واحدة على صدى. هنا، لوحظ استجابة البصرية وتغيير في كل من السعة ومرحلة انتقال 5 (الشكل 1). خطط مضاعفة تردد المجال قادرة على القراءة من صفوف الآلاف من المرنانات 6-7
لتصميم وتنفيذ بنجاح الأجهزة أساس فائقة التوصيل-مرنان، تحتاج إلى وصفها بدقة وكفاءة خصائص هذه الهياكل الرنانة. على سبيل المثال، قياسات دقيقة للخصائص الضوضاء، ونوعية عوامل س، ترددات الرنين (بما في ذلك اعتماد درجة حرارتها) وخصائص استجابة البصرية من المرنانات فائقة التوصيل والمطلوب في سياق الفيزياء جهاز MKID، 8 الحوسبة الكمومية و 9 و تحديد المنخفضة الشركة المصرية للاتصالاتالمواد mperature خصائص. 10
في كل هذه الحالات، هو المطلوب قياس معلمات الإرسال نثر معقدة الحلبة. ويركز هذا العمل على تحديد معامل انتقال معقدة مرنان، وق 21، التي السعة ومرحلة يمكن قياسه مع محلل شبكة ناقلات (VNA). من الناحية المثالية، الطائرة إشارة VNA (أو ميناء اختبار) من شأنه أن يكون متصلا مباشرة إلى الجهاز تحت الاختبار (DUT)، ولكن إعداد المبردة وعادة ما يتطلب استخدام الهياكل خط نقل إضافية لتحقيق كسر الحرارية بين RT (~ 300 K) و المرحلة الباردة (~ 0.3 K في هذا العمل، وانظر الشكل لدى عودتهم 2). قد تكون هناك حاجة مكونات الميكروويف إضافية مثل المقرنات الاتجاه، المروجون، العوازل، ومكبرات الصوت، المخففات، وكابلات الربط المرتبطة إعداد مناسب، تثير، تلا والتحيز الجهاز من الفائدة. التختلف سرعات المرحلة وأبعاد هذه المكونات عند التبريد من غرفة الى درجات الحرارة المبردة، وبالتالي فإنها تؤثر على الاستجابة لوحظ في الطائرة معايرة الجهاز. هذه المكونات التدخل بين الصك وتأثير جهاز طائرة معايرة الربح معقدة وتحتاج إلى أن تكون تفسيرا سليما في تفسير استجابة مدروسة. 11
من الناحية النظرية، هناك حاجة إلى مخطط يحدد الطائرة إشارة القياس، مماثلة لتلك المستخدمة أثناء المعايرة، في DUT. للوصول إلى هذا الهدف، يمكن للمرء أن قياس معايير المعايرة على عدة هبوطا باردة. ومع ذلك، فإن هذا يشكل قيودا على استقرار VNA والتكرار الصك المبردة، التي يصعب تحقيقها. للتخفيف من حدة هذه المخاوف، يمكن للمرء أن وضع المعايير اللازمة في بيئة اختبار تبريد والتبديل بينهما. وهذا هو، على سبيل المثال، على غرار ما هو موجود في محطات التحقيق الميكروويف، حيث يتم تبريد المعايير عينة والمعايرة إلى 4 K من تدفق الهليوم السائل المستمر أو نظام دورة مغلقة التبريد. وقد تجلى 12 هذه الطريقة في درجات حرارة دون كلفن ولكن يتطلب منخفضة الطاقة وعالية الأداء التبديل ميكروويف في اختبار عصابة من الفائدة. 13
ولذلك فإن المطلوب إجراء المعايرة في الموقع الذي يمثل استجابة انتقال فعال بين الطائرة إشارة VNA والطائرة معايرة الجهاز (الشكل لدى عودتهم 2) والذي يتغلب على القيود المفروضة على الأساليب المذكورة أعلاه. هذه الطريقة معايرة المبردة، تم عرضها ومناقشتها بالتفصيل في كاتالدو وآخرون. 11، يسمح احد لتميز المرنانات متعددة على نطاق الترددات واسعة بالمقارنة مع خط العرض مرنان والتباعد بين مرنان مع دقة ~ 1٪. وسوف تركز هذه الورقة على تفاصيل تلفيق عينة والإعداديةعمليات aration، واختبار مجموعة المتابعة وقياس الإجراءات التجريبية التي تستخدم لوصف المرنانات فائقة التوصيل الميكروويف مع هندستها خط مستو. 11
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. مغير الخط الرنان تصنيع 14 (الشكل 3)
- تنظيف (أبناء العراق) رقاقة السيليكون على العازل، الذي يحتوي على طبقة جهاز السيليكون 0.45 ميكرون سميكة، مع H مختلطة الطازج 2 SO 4: H 2 O 2 (3: 1) لمدة 10 دقيقة. ثم شطف الرقاقة في الماء منزوع الأيونات لمدة 10 دقيقة وجافة مع بندقية النيتروجين. على الفور قبل معالجة في وقت لاحق، وتراجع الرقاقة في H 2 O: HF (10: 1) لمدة 10 ثانية، وشطف في الماء منزوع الأيونات لمدة 5 دقائق.
- صنع قناع انطلاقه، والذي يتكون من الجرمانيوم (قه) / مقاومة للضوء إيجابي مثل S-1811. 15
- تدور معطف الرقاقة مع ضعفت طبقة ثنائية مقاومة للضوء الايجابية (2 أجزاء أرق ف: 1 جزء مقاومة للضوء إيجابي) في 4000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية ثم إيداع شعاع الإلكترون قه.
- نمط قه باستخدام الصور الطباعة الحجرية عن طريق تطبيق أول hexamethyldisilazane (HMDS) على الرقاقة لمدة 1 دقيقة ثم تدور قبالة يزيد على 3000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية.
- الصبانن ضعيفة على مقاومة للضوء إيجابي (2 أجزاء أرق ف: 1 جزء مقاومة للضوء إيجابي) في 2000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية، وخبز على طبق ساخن لمدة 1 دقيقة على 110 درجة مئوية. استخدام اليجنر قناع لفضح مقاومة للضوء ورذاذ تتطور مقاومة مع حل يستند إلى هيدروكسيد الأمونيوم ميثيل.
- رد الفعل ايون احفر قه مع SF 6 / O 2 البلازما في 70 دبليو الرماد الكامنة وراء مقاومة للضوء مع O 2 البلازما لتحقيق تقوض من مقاومة للضوء.
- DC-المغناطيسية طائرة النيوبيوم تفل الودائع (ملحوظة) الأرض مع 3.7 مليون طن من الأرجون (ع) في 500 واط ورفع تشغيله عن طريق وضع رقاقة داخل دورق مملوء الأسيتون لمدة 4 ساعة.
- bisbenzocyclobutene تدور معطف (BCB) في 4000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية على السطح المطلي ملحوظة للرقاقة أبناء العراق وسطح واحد من رقاقة السيليكون آخر. السندات اثنين من الأسطح المطلية BCB جنبا إلى جنب مع 3 بار من الضغط على حرارة 200 درجة مئوية.
- يدويا الآخر كومة رقاقة رأسا على عقب لبدء تجهيز مساعدات من رقاقة أبناء العراق.
- حفر الرقاقة مقبض السيليكون عن طريق اللف الميكانيكية باستخدام آل 2 يا 3 الطين، تليها الحفر أيون رد الفعل العميق باستخدام عملية بوش 16 حفر ودفن شافي 2 طبقة مع H 2 O: HF (10: 1) لمدة 20 دقيقة.
- إيداع الموليبدينوم نيتريد (مو 2 N) باستخدام العاصمة المغنطرون الاخرق رد الفعل في 700 W و 3.3 طن متري (هارون: N 2 الضغط الجزئي = 7: 1). المرنانات النمط من الغزل في 2000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية، والخبز هو على حرارة 180 درجة مئوية لمدة 2 دقيقة تليها الغزل ضعفت مقاومة للضوء إيجابي (2 أجزاء أرق ف: 1 جزء مقاومة للضوء إيجابي) في 2000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية. تطوير مقاومة للضوء في حل يستند إلى هيدروكسيد الأمونيوم ميثيل والرماد في مطبوع أيون رد الفعل. حفر مو 2 N مع حل يستند حمض الفوسفوريك.
- صنع قناع شد قبالة تتألف من طبقة ثنائية قه / PMMA من خلال الدوران على البولى (PMMA) في 5000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية، والخبز هو على حرارة 180 درجة مئوية لمدة 2 دقيقة تليها الإلكترون الحزم إقلاعosition قه. تفل الودائع ملحوظة خطوط النقل ويقلع في الأسيتون (راجع الخطوة 1.2 مع الاستثناء الذي مقاومة للضوء إيجابي يتم استبدال مع PMMA).
- في بعض تجسيدات، الترددات الراديوية (RF) تفل الودائع شافي 2، نمط من قبل الغزل مع مقاوم الضوء الإيجابي وحفر في حل الهيدروفلوريك حمض أساس. ثم، رفع قبالة ملحوظة رقيقة المودعة تفل باستخدام الجرمانيوم / إيجابي قناع مقاومة للضوء الاقلاع كما هو موضح في الخطوة 1.2.
2. إجراءات تركيب ميكروويف الرنان رقاقة في اختبار حزمة
- تصميم وآلة حزمة اختبار يتكون من الذهب (الاتحاد الافريقي) المغلفة تجويف النحاس (مع وجود قاعدة وغطاء) والذي يطابق أبعاد رقاقة مرنان، ومدخلات feedline ومواقع الانتاج. ملاحظة: حجم تجويف السكن ينبغي أن تحدد لدعم عملية وضع واحد مع اقتران الطفيلية الحد الأدنى على عصابة من الفائدة.
- تصميم وتصنيع للرقابة مقاومة الميكروويف مروحة أوور متن 17 إلى مسار الإشارات بين شريحة وشبه مصغرة نسخة وموصلات (SMA).
- إدراج وصلات SMA في المدخلات والمخرجات من حزمة اختبار بحيث يتم محاذاة مركز دبوس موصل فوق لوحة لوحة الاتصال المقابلة مروحة بها. تطبيق قناع لحام للحماية من البيع على المكشوف، وتطبيق لحام في منطقة مركز دبوس موصل. وضع حزمة على طبق ساخن والحرارة إلى 200 درجة مئوية لمدة 5 دقائق ~ لإذابة جندى. السماح لتبرد ثم قم بإزالة قناع لحام.
- تركيب رقاقة مرنان في المغلفة الاتحاد الافريقي حزمة النحاس بحيث منصات الانتاج feedline على رقاقة والمدخلات وثيقة والانحياز إلى مروحة خارج المجلس متحد المستوى الدليل الموجي المقابل (CPW) خطوط تجويف. تأمين رقاقة مع لقطات النحاس التي تجعل الاتصال على حواف زوايا رقاقة.
- وضع فائقة التوصيل السندات سلك آل بين المجلس مروحة التدريجي وعلى رقاقة منصات الاتصال. وضع أكبر عدد ممكن (~ 4 في الحالة المعروضة هنا - راجع
- بعد أسلاك الربط، مع المتعدد تحقق المقاومة العاصمة بين دبابيس وسط المدخلات والمخرجات وصلات، وبين مركز دبوس والأرض، لتأكيد وجود الربط الكهربائي عبر دبابيس مركز اثنين وجود اتصال مفتوح بين المركز خط والأرض.
3. إجراءات تركيب ميكروويف الرنان في الميكروويف اختبارات المبردة الهليوم 3
- تجميع اختبارات كما في التكوين هو مبين في الشكل 2، حيث يتم توجيه سلسلة من الكابلات SMA من RT إلى المرحلة الباردة 0.3-K حيث يقام الجهاز.
- تثبيت النحاس (النحاس) والكابلات (NbTi) فائقة التوصيل النيوبيوم والتيتانيوم كما هو مبين في الشكل 2 لتوفير فقدان الميكروويف منخفضة، وفيحالة من الكابلات NbTi، وهو تصرف حرارية منخفضة. استخدام الكابلات NbTi كفاصل الحراري بين 2-K و 0.3-K مراحل.
- جبل مكبر للصوت المبردة عالية الإلكترون التنقل الترانزستور (HEMT) في المرحلة 2-K على خط الانتاج لتضخيم منخفضة الضوضاء في الفرقة من جهاز مرنان وتثبيت شكل دائري.
- إدراج شكل دائري المبردة على خط الانتاج في الإسهام في هذا مكبر للصوت.
- تركيب أجهزة مرنان وتعبئتها على شريحة واندفع إلى مرحلة الباردة 0.3-K.
- توصيل المخفف الميكروويف على الجانب المدخلات من حزمة لتوفير لإنهاء المتطابقة وتوصيل الكابلات SMA المناسبة لهذه المدخلات والمخرجات المخفف الحزمة. التأكد من أن هذه الإلغاءات مقاومة تسيطر يقابل جيدا وهي أقرب إلى الجهاز تحت الاختبار ممكن - أنها تحدد "طائرة معايرة جهاز" (انظر الشكل 2).
- قرب ناظم البرد. اتبع الإجراءات القياسية لتبريد الجهازالصورة إلى 0.3 ك.
4. إجراءات قياسات الميكرويف الرنان
- تعيين VNA لمسح على نطاق الترددات واسعة (10 ميغاهيرتز - 8 غيغاهرتز، للجهاز يعتبر هنا) على ترددات تصميم الجهاز قيد الاختبار. ضبط مستويات الطاقة على VNA إلى مستويات مناسبة للجهاز تحت الاختبار (~ -30 ديسيبل، للجهاز يعتبر هنا).
ملاحظة: تأكد من أن المدخلات RF مستوى طاقة منخفض بما فيه الكفاية بحيث لا تتجاوز تيار نقدي للمرنان فائقة التوصيل الميكروويف وfeedline فائقة التوصيل. تأكد من أن مستوى طاقة عالية بما فيه الكفاية لتوفير نسبة كافية الإشارة إلى الضوضاء. - معايرة الكابلات المرنة RF التالية القياسية إجراء قصير مفتوح تحميل الظهور (SOLT)، بعد VNA الاتجاهات البرامج الموجودة في دليل VNA. إدراج في قلل ومفتوحة وإنهاء ومن خلال المعايير على إخراج كل من الكابلات المرنة، أي طريق من محلل شبكة النواقل والتي سيتم لاحقا متصلا المدخلاتمن ناظم البرد لقياس. وتعرف هذه المعايرة "الطائرة إشارة أداة" (على سبيل المثال، انظر الشكل 2).
- وبعد هذه المعايرة SOLT، تحقق من الإخلاص للمعايرة من قبل مؤكدا أن انتقال، S 21، مع من خلال خط إتصال قياس مع VNA، تحتوي على أخطاء المتبقية منخفضة (أي الاستجابة في ~ 0 مستوى ديسيبل وS 11 و S 22 منخفضة، على سبيل المثال، ≤ -50 ديسيبل).
- توصيل الكابلات المرنة للمدخلات والمخرجات خطوط ناظم البرد.
- تشغيل مكبر للصوت الميكروويف المبردة من خلال تطبيق المطلوب العاصمة التحيز الجهد كما هو محدد في وثائق المقدمة شركة لمكبر للصوت الميكروويف.
- أولا، استكمال مسح النطاق العريض من VNA (10 ميغاهيرتز - 8 غيغاهرتز، للجهاز يعتبر هنا) لمراقبة بنية أساسية S 21 وللبحث عن أي حاد عالية Q </ م> الهياكل الإرشادية للالمرنانات الميكروويف.
- ثم، تضييق نطاق التردد (إلى ~ 2-4 غيغاهرتز، للجهاز يعتبر هنا) وضبط عدد من نقاط البيانات (~ 30،000 للجهاز يعتبر هنا) من VNA لمسح على الفرقة مرنان. استخدام النطاق الترددي واسعة بما يكفي لتوفير فترة خط الأساس الملائم لنوبات لاحقة لهذا الأساس لإجراء المعايرة في الموقع (انظر المناقشة في المقدمة).
ملاحظة: تبعا لمستوى الضجيج، وزيادة عدد المعدلات، أو الحد من عرض النطاق الترددي IF لتحسين إشارة إلى الضوضاء. - حفظ هذه بمسح البيانات VNA لنقل البيانات المعقدة لملف لمرحلة ما بعد قياس المعايرة في الموقع، والتحليل واستخلاص عوامل الجودة وترددات الرنين. 11
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
تم التحقق من صحة الاستجابة من نصف موجة مو 2 N مرنان (الشكل 5) ملفقة على 0.45 ميكرومتر واحدة من الكريستال السليكون عازل مع هذه المنهجية. في هذه الحالة، اقتران الدليل الموجي ملحوظة متحد المستوى يتحقق (CPW) feedline للقراءة من خلال اقتران بالسعة من خلال شافي 2 عازل المودعة تفل، في "H" على شكل المنطقة في واحدة من نهايات مفتوحة للمرنان (انظر القسم بروتوكول 1.6). وفي حالات أخرى، وقد تحقق بالسعة اقتران إلى feedlines عن طريق إزالة المناطق في الطائرة الأرض ملحوظة. مرنان هو مبين في الشكل (5) يدل على أن تقنية تصنيع قدمت تسمح الدوائر فائقة التوصيل المجهرية على كلا الجانبين من واحدة من الكريستال طبقة السيليكون سامسونج أن تتحقق دون التخشين على سطح الركيزة. وتمثل هذه المرنانات العنصر الأكثر أهمية من MKID وهذا الأسلوب يسمح السيطرة التامة علىسلامتها.
تم تطبيق نهج قياس المبردة وصفه لجهاز مع سبعة مو 2 N المرنانات بالإضافة إلى feedline الميكروويف واحد. في الشكل (6)، يظهر حجم معامل انتقال قياس، S 21، من هذا الجهاز في الطائرة إشارة VNA بوصفها وظيفة من التردد. هنا، واقتران قدرة الميكروويف إلى المرنانات في كل من ترددات الرنين الخاصة، وبالتالي تراجع في حجم نقل، ويمكن رؤية. التفاعل المتبادل بين المرنانات، وكذلك تفاعلها مع متصلة، يمكن أن يؤدي إلى الاستجابة الطيفية فانو 18 - 22 هذا التأثير يمكن أيضا ملاحظة تجريبيا بوصفها التفاعل بين مرنانات مع واسع نسبيا فابري بيرو الأصداء الناتجة عن موجات دائمة في النظام. مثل هذه الأفكار تنتج الاختلاف الطيفي المهيمن في obserفيد الأساس أداة لتكوين الاختبار هو موضح هنا. ويمكن تحليل البيانات التي تم جمعها من خلال هذه المنهجية التالية طريقة المعايرة في الموقع لإزالة آثار هذه التفاعلات واستخراج مرنان مفصل والمعلمات الكهرومغناطيسية من الفائدة.
الشكل 1. الطيفي رد مرنان. ويظهر خط أسود السعة انتقال مرنان في الظلام مع صدى في التردد f 0. الزيادة في كثافة quasiparticle يؤدي الرنين في و 0 للانتقال إلى أدنى تردد، و 0 -δ و، أثناء تغيير في وقت واحد واتساع إشارة (خط متقطع). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2. تخطيطي لانشاء التجريبية. الجهاز تحت الاختبار يتكون من عدة مو 2 N المرنانات بالإضافة إلى الميكروويف ملحوظة feedline من خلال اقتران المكثفات، C ج. تتحقق المرنانات المكثفة مقاومة من خطوط نقل مغير المنخفضة ومقاومة عالية. 11 وهي مصممة لتصغير مرنان وزيادة عدد رحلاتها الرنين التوافقي بعيدا عن التردد الأساسي في الرنانة. يتم قياس استجابة انتقال العدوى عن طريق feedline مع VNA متصلا DUT عبر الكابلات والمكونات الأخرى. تعديل من كاتالدو وآخرون. 11 الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
: المحافظة على together.within الصفحات = "1"> 
الشكل 3. مغير تدفق مرنان تلفيق. ويوضح هذا التخطيطي لعملية تلفيق تلخيصها في بروتوكول 1. توفر هذه العملية وسيلة لافتعال فائقة التوصيل الدوائر على جانبي فائقة رقيقة واحدة من الكريستال السليكون طبقة عازلة. تعديل من باتل وآخرون. 14 الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
ويمكن أن ينظر إلى الشكل 4. صورة مجهرية من طرف واحد من رقاقة مرنان شنت في حزمة آل صلات الأسلاك الرابطة بين CPW ملحوظة feedline على رقاقة ولوحة مروحة من خارج رقاقة.4large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
يقع الرقم 5. صورة مجهرية من مو 2 N مغير مرنان الميكروويف بالإضافة إلى feedline ملحوظة لقراءة المغادرة. المنطقة اقتران على شكل H-إلى feedline CPW في الجزء العلوي من هذا الرقم، ويقع على الجزء العلوي من طبقة أكسيد. يتم استخدام هيكل على شكل حرف Y تقع في الجزء السفلي من هذا الرقم لاقتران بعض المرنانات على الأجهزة الأخرى على الرقاقة إلى خط نقل مغير. مزيد من التفاصيل حول تصميم مرنان يمكن العثور عليها في كاتالدو وآخرون. 11 وباتل وآخرون. 14 الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6. قياس الإرسال، S 21، كدالة للتردد (السعة فقط) يظهر 7 مو 2 N المرنانات بالإضافة إلى feedline الميكروويف واحد. وقد أخذت هذه البيانات في المرحلة التجريبية المبردة عند 0.3 K باستخدام VNA. الرجاء النقر هنا ل عرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
توفر عملية تلفيق الوجه واحد وسيلة لتحقيق المرنانات فائقة التوصيل على جانبي رقيقة 0.45 ميكرون واحدة من الكريستال سي الركيزة. قد يكون الدافع واحد لاستخدام واحدة من الكريستال سي عازل لأنه يحتوي على أكثر من أمر من حجم الخسارة أقل من العوازل المودعة (مثل سي 3 ن 4) مع الظلال الخسارة في نطاق 4،0-6،5 غيغاهرتز <1 × 10 - 5 23-24 القدرة على نمط ميزات على جانبي هذه الركيزة يسمح احد لتوظيف تصميم microstripline مرنان، والذي يوفر مناعة جيدة لتبتعد ضوء وانخفاض الحديث المتبادل مرنان إلى مرنان. تقنية الرفع من وصفها تسمح ليتم المحافظة على سلامة سطح سي، لأنه لا يوجد التخشين من سطحه يحدث خلال الزخرفة من فائقة التوصيل ملحوظة رقيقة. 15 هذه العملية تلفيق يمكن استخدامها لمجموعة متنوعة من الهياكل وجود بنية فائقة التوصيل microstripline وFUT المتوقعوتشمل التطبيقات لدى عودتهم استخدامه لقياس الطيف الأشعة تحت الحمراء البعيدة. 25 ه القيد الرئيسي هو أن BCB تستخدم الغراء ركائز يضع معا حدا أعلى على درجة حرارة معالجة (~ 250 درجة مئوية).
قياسات المبردة لنقل معقدة من هذه الأجهزة مرنان، كما هو موضح في قسم البروتوكول، تسمح لأحد لاستخراج المعلمات المواد الأساسية لفائق التوصيل والركيزة عازلة المواد و / أو لمراقبة استجابتها للضوء الأشعة تحت الحمراء البعيدة. ومع ذلك، والمعايرة وإعداد اختبار انشاء أمر بالغ الأهمية لقدرتها على القيام الاستخراج دقيقة من هذه المعلمات المادية. تم استخدام منهجية SOLT المعايرة القياسية لمعايرة انتقال العدوى عن طريق الكابلات المرنة SMA من VNA إلى مدخلات ناظم البرد. وجود المخفف RF عند مدخل الجهاز ودائري في إخراج الجهاز ضرورية لتوفير إنهاء مطابقة. معايرة بعد قياس يمكن أن يكون carriإد في أعقاب إجراء المعايرة في الموقع وصفها في كاتالدو وآخرون. 11 هذا الإجراء المعايرة في الموقع يتحرك الطائرة إشارة إلى جهاز الإدخال والإخراج (وصفها بأنها "جهاز الطائرة المعايرة" في الشكل 2). وتجدر الإشارة إلى أنه في الخطوة 6 من قسم البروتوكول 4، يجب أن تسجل على المدى الطيفي الأمثل وعدد من نقاط البيانات، والتي توفر على حد سواء أخذ العينات كافية من الهياكل مرنان الضيقة ولكن أيضا فترة تتجاوز المرنانات لتمكين الأساس ل يمكن إزالتها بشكل صحيح. بعيدا عن المرنانات، الأساس يصبح تنفصل بما فيه الكفاية للوصول إلى معايرة السعة مشاركات وبالتالي تقليل الخطأ في المعايير المستمدة من الاستجابة المرصودة.
لمعايرة البيانات VNA في الموقع، يتم تنفيذ الخطوات التالية: 1) صالح من خط الأساس معقدة من خلال نموذج تحليلي دوافع جسديا من قبل الاستجابة خط الأساس. 2) Normalizaنشوئها من أجزاء الحقيقية والمتخيلة للانتقال عن طريق إجبار سعة الإرسال لتكون مساوية لواحدة بعيدا عن المرنانات. 3) تصحيح للاختلافات في الربح ونقل الطائرة إشارة في DUT بقسمة خارج نوبة خط الأساس معقدة.
تفاصيل هذه الخطوات المعايرة يمكن العثور عليها في ثانية. الرابع من كاتالدو وآخرون. 11 بعد أن تم معايرة البيانات، والمرنانات يمكن أن تكون على غرار في واحدة من طريقتين. في البداية، نموذجا الظواهر على أساس وظائف عقلانية البيعية جسديا يمكن استخراج الترددات مركز المرنانات "وعرض مع دقة من 1٪ دون أن يحدد صراحة شبكة الدائرة (انظر البند الخامس من كاتالدو وآخرون. 11). في المجموعة الثانية، وهو تمثيل ABCD مصفوفة من دائرة خط نقل موزعة يسمح نمذجة استجابة المرصودة من ممانعات مميزة، Z، والثوابت نشر، γ، معمعرفة تفصيلية للهندسة الجهاز (على سبيل المثال، خط أطوال، ل - انظر الشكل 2). يتم فرض قيود متسقة ذاتيا للعلاقات التأسيسية الكهرومغناطيسية بين السماحية المواد ونفاذية من خلال Z وγ لاستخراج المعلمات مثل جزء الحث الحركي للالمرنانات "ومؤشر فعال مع دقة من 2٪ عندما يقترن مع محاكاة الكهرومغناطيسية (انظر البند. السادس من كاتالدو وآخرون. 11). وهذا يسمح دراسة البنية الداخلية للدائرة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الكتاب تعلن أنه ليس لديهم مصالح مالية المتنافسة.
Acknowledgments
الكتاب يعترف بدعم تمويلي من الورود ادارة الطيران والفضاء الأميركية (ناسا) الصورة والبرامج ابرا. كما يقر GC جمعية أبحاث الفضاء الجامعات لإدارة تعيينه في وكالة ناسا.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Protocol Section 1 | |||
| Microposit S-1811 Photoresist | Shipley | ||
| BCB | Dow | 3022-35 | |
| SOI wafers | SOITec | Fabricated with SmartCutTM process | |
| Mo | Kamis | 99.99% | |
| Nb | Kamis | 99.95% (excludes Ta) | |
| E-6 metal etch w/AES | Fujifilm | CPG Grade | |
| Acetone | JT Baker | 9005-05 | CMOS Grade |
| HF dip (1:10) | JT Baker | 5397-03 | |
| PMMA | Microchem | 950 PMMA A2 | |
| Protocol Section 2 | |||
| GE 7031 | General Electric | Low-temperature adhesive | |
| Protocol Sections 3-4 | |||
| Cryogenic Microwave Amplifier | MITEQ | AF S3-02000400-08-CR-4 | 2-4 GHz, gain ~30 dB |
| NbTi Semi-rigid SMA cables | Coax. Co. | SC-086/50-NbTi-NbTi | |
| Circulator | PamTech | CTD1229K | return loss > -20 dB from 2-4 GHz |
| RF attenuator | Weinschel | Model-4M | 7 dB attenuation |
| Flexible SMA cables | Teledyne-Storm | R94-240 | ACCU-TEST |
| Vector Network Analyzer | Agilent | N5242A PNA-X | |
| Liquid He-4 cryogen | Praxair | ||
| Liquid N2 cryogen | Praxair | ||
References
- Monfardini, A., et al. The Néel IRAM KID Arrays (NIKA). J. Low Temp. Phys. 167 (5-6), 834-839 (2012).
- Schlaerth, J. A., et al. The Status of Music: A Multicolor Sub/millimeter MKID Instrument. J. Low Temp. Phys. 167 (3-4), 347-353 (2012).
- Swenson, L. J., et al. MAKO: a pathfinder instrument for on-sky demonstration of low-cost 350 micron imaging arrays. Proc. SPIE. 8452, 84520P (2012).
- Mazin, B. A., Bumble, B., Meeker, S. R., O'Brien, K., McHugh, S., Langman, E. A superconducting focal plane array for ultraviolet, optical, and near-infrared astrophysics. Opt. Express. 20 (2), 1503-1511 (2012).
- Mazin, B. A. Microwave Kinetic Inductance Detectors. , California Institute of Technology. Pasadena, California. (2005).
- McHugh, S., et al. A readout for large arrays of Microwave Kinetic Inductance Detectors. Rev. Sci. Instrum. 83 (4), 044702 (2012).
- Mazin, B. A., et al. ARCONS: A 2024 Pixel Optical through Near-IR Cryogenic Imaging Spectrophotometer. Publ. Astron. Soc. Pac. 123 (933), 1348-1361 (2013).
- Zmuidzinas, J. Superconducting Microresonators: Physics and Applications. Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 3, 169-214 (2012).
- Vijay, R., Slichter, D. H., Siddiqi, I. Observation of Quantum Jumps in a Superconducting. Artificial Atom. Phys. Rev. Lett. 106 (11), 110502 (2011).
- Krupka, J., Derzakowski, K., Tobar, M., Hartnett, J., Geyer, R. G. Complex permittivity of some ultralow loss dielectric crystals at cryogenic temperatures. Meas. Sci. Technology. 10 (5), 387-392 (1999).
- Cataldo, G., Wollack, E. J., Barrentine, E. M., Brown, A. D., Moseley, S. H., U-Yen, K. Analysis and calibration techniques for superconducting resonators. Rev. Sci. Instrum. 86 (1), 013103 (2015).
- Russell, D., Cleary, K., Reeves, R. Cryogenic probe station for on-wafer characterization of electrical devices. Rev. Sci. Instrum. 83 (4), 044703 (2012).
- Ranzani, L., Spietz, L., Popovic, Z., Aumentado, J. Two-port microwave calibration at millikelvin temperatures. Rev. Sci. Instrum. 84 (3), 034704 (2013).
- Patel, A., et al. Fabrication of MKIDS for the MicroSpec Spectrometer. IEEE Trans. Appl. Supercond. 23 (3), 2400404 (2013).
- High-Precision Thin Film Metal Liftoff Technique. Brown, A., Patel, A. , 9076658 B1 (2015).
- Method of anisotropically etching silicon. Laermer, F., Schlip, A. , U.S. Patent No. 5501893 (1996).
- Chen, D., Wang, Q., Shen, Z.
- Fano, U. Sullo spettro di assorbimento dei gas nobili presso il limite dello spettro d'arco. Il Nuovo Cimento. 12 (3), 154-161 (1935).
- Fano, U. Effects of Configuration Interaction on Intensities and Phase Shifts. Phys. Rev. 124 (6), 1866-1878 (1961).
- Marquezini, M. V., Kner, P., Bar-Ad, S., Tignon, J., Chemla, D. S. Density dependence of the spectral dielectric function across a Fano resonance. Phys. Rev. B. 57 (7), 3745-3748 (1998).
- Singh, R., Al-Naib, I., Cao, W., Rockstuhl, C., Koch, M., Zhang, W. The Fano Resonance in Symmetry Broken Terahertz Metamaterials. IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 3 (6), 820-826 (2013).
- Giannini, V., Francescano, Y., Amrania, H., Phillips, C. C., Maier, S. A. Fano Resonances in Nanoscale Plasmonic Systems: A Parameter-Free Modeling Approach. Nano Lett. 11 (7), 2835-2840 (2011).
- O'Connell, A. D., et al. Microwave Dielectric Loss at Single Photon Energies and Millikelvin Temperatures. Appl. Phys. Lett. 92 (11), 112903 (2008).
- Weber, S. J., Murch, K. W., Slichter, D. H., Vijay, R., Siddiqi, I. Single Crystal Silicon Capacitor with Low Microwave Loss in the Single Photon Regime. Appl. Phys. Lett. 98 (17), 172510 (2011).
- Cataldo, G., Hsieh, W. T., Huang, W. C., Moseley, S. H., Stevenson, T. R., Wollack, E. J. Micro-Spec: an ultracompact, high-sensitivity spectrometer for far-infrared and submillimeter astronomy. Appl. Opt. 53 (6), 1094-1102 (2014).
