Fabricación y caracterización de resonadores superconductores

Resumen

resonadores de microondas superconductores son de interés para la detección de aplicaciones de computación cuántica, la luz y caracterización de materiales. Este trabajo presenta un procedimiento detallado para la fabricación y caracterización de los parámetros de dispersión resonador superconductor de microondas.

Resumen

resonadores de microondas superconductores son de interés para una amplia gama de aplicaciones, incluyendo para su uso como detectores de microondas cinética de inductancia (MKIDs) para la detección de firmas astrofísicas débiles, así como para aplicaciones de computación cuántica y la caracterización de materiales. En este trabajo, se presentan los procedimientos para la fabricación y caracterización de resonadores de película delgada superconductora de microondas. La metodología de fabricación permite la realización de superconductor de resonadores de línea de transmisión con las características de ambos lados de un dieléctrico de silicio de cristal único atómicamente lisa. Este trabajo describe el procedimiento para la instalación de dispositivos de resonador en un banco de pruebas de microondas y criogénico de enfriamiento por debajo de la temperatura de transición superconductora. La puesta en marcha del banco de pruebas de microondas criogénico permite a uno hacer cuidadosas mediciones de la transmisión de microondas compleja de estos dispositivos resonadores, lo que permite la extracción de la properties de las líneas de superconductores y sustrato dieléctrico (por ejemplo, factores de calidad interno, la pérdida y fracciones de inductancia cinética), que son importantes para el diseño del dispositivo y el rendimiento.

Introducción

Los avances en la instrumentación astrofísica han introducido recientemente resonadores de microondas superconductores para la detección de luz infrarroja ^{1 -.} Resonador ⁴ Un superconductor responderá a la radiación infrarroja de la energía E = hv> 2Δ (donde h es constante, v de Planck es la frecuencia de la radiación y Δ es la energía hueco superconductor). Cuando el resonador se enfría a una temperatura muy por debajo de la temperatura crítica del superconductor, esta radiación incidente rompe pares de Cooper en el volumen del resonador y genera excitaciones cuasipartícula. El aumento en la densid....

Protocolo

1. Línea Microstrip Resonador Fabrication ¹⁴ (Figura 3)

1. Limpiar una oblea de silicio sobre aislante (SOI), que tiene una capa de dispositivo de silicio de 0,45 micras de espesor, con H recién mezclado ₂ SO _4: H ₂ O ₂ (3: 1) durante 10 min. A continuación, enjuagar la oblea en agua desionizada durante 10 minutos y se seca con una pistola de nitrógeno. Inmediatamente antes de procesar posteriormente, sumergir la oblea en _H2O: HF (10: 1) durante 10 segundos y enjuague en agua desionizada durante 5 min.
2. Fabricar una máscara de despegue, que consiste en una germanio (Ge) / fotoprotector....

Resultados

La respuesta de un medio de onda Mo ₂ resonador N (Figura 5) fabricada en un dieléctrico de silicio de cristal único de 0,45 micras se validó con esta metodología. En este caso, el acoplamiento a una guía de onda Nb coplanar (CPW) línea de alimentación para la lectura de se logra a través del acoplamiento capacitivo a través de una relación _SiO2 dieléctrica por pulverización catódica depositada, en la "H" región en forma en uno de los extr.......

Discusión

El proceso de fabricación de un solo flip proporciona un medio para la realización de resonadores superconductores a ambos lados de un sustrato de Si de cristal único de 0,45 micras delgada. Uno puede estar motivado para utilizar un solo cristal de Si dieléctrica, ya que tiene más de un orden de magnitud menor que la pérdida dieléctricos depositados (por ejemplo, Si ₃ N ₄₎ con la tangente de pérdida en el rango de 4,0 a 6,5 GHz <1 x 10 ^{- 5. 23-24} La capacidad de modelo ofre.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Protocol Section 1
Microposit S-1811 Photoresist	Shipley
BCB	Dow		3022-35
SOI obleas	SOITec		Fabricadas con el proceso SmartCutTM
Mo	Kamis		99.99%
Nb	Kamis		99.95% ( excluye Ta)
E-6 grabado metálico con AES	Fujifilm		Acetona de grado CPG
JT	Baker	9005-05	CMOS Grado
HF dip (1:10)	JT Baker	5397-03
PMMA	Microchem		950 PMMA A2
Protocol Section 2
GE 7031	General Electric		Adhesivo de baja temperatura
Protocol Sections 3-4Cryogenic Microwave Amplifier MITEQ AF S3-02000400-08-CR-4 2-4 GHz, ganancia ~30
			dB
NbTi Cables semirrígidos SMA	Coaxial. Co.	SC-086/50-NbTi-NbTi
Circulador	PamTech	CTD1229K	pérdida de retorno > -20 dB de 2-4 GHz
Atenuador de RF	Weinschel	Modelo-4M	Atenuación de 7 dB
Cables SMA flexibles	Teledyne-Storm	R94-240	ACCU-TEST
Analizador de redes vectoriales	Agilent	N5242A PNA-X
Liquid He-4 cryogen	Praxair
Líquido N2 criogénico	Praxair