Fabrication et caractérisation de supraconductrices Resonators

Résumé

Supraconductrices résonateurs à micro-ondes présentent un intérêt pour la détection des applications de calcul quantique et la caractérisation des matériaux légers. Ce travail présente une procédure détaillée pour la fabrication et la caractérisation des micro-ondes supraconducteur paramètres de diffusion de résonateur.

Résumé

Supraconductrices résonateurs à micro-ondes sont d'intérêt pour un large éventail d'applications, y compris pour leur utilisation comme détecteurs à micro-inductance cinétique (MKIDs) pour la détection de signatures astrophysiques faibles, ainsi que pour les applications de calcul quantique et la caractérisation des matériaux. Dans cet article, les procédures sont présentées pour la fabrication et la caractérisation de couches minces supraconducteurs micro-ondes résonateurs. La méthode de fabrication permet la réalisation de résonateurs de ligne de transmission supraconducteurs avec des caractéristiques sur les deux côtés d'un monocristal de silicium diélectrique atomiquement lisse. Ce travail décrit la procédure pour l'installation de dispositifs résonateurs dans un four micro-ondes testbed cryogénique et de refroidissement en dessous de la température de transition supraconductrice. La mise en place du micro-ondes testbed cryogénique permet de faire des mesures précises de la transmission par micro-ondes complexe de ces dispositifs résonateurs, permettant l'extraction de la properties des lignes supraconductrices et de substrat diélectrique (par exemple, des facteurs de qualité internes, les pertes et les fractions d'inductance cinétique), qui sont importantes pour la conception et la performance appareil.

Introduction

Les progrès de l' instrumentation astrophysiques ont récemment introduit supraconducteurs résonateurs à micro - ondes pour la détection de la lumière infrarouge ^{1 - 4.} Un supraconducteur résonateur répondra à un rayonnement infrarouge de l' énergie E = hv> 2Δ (où h est constante, v de Planck est la fréquence de rayonnement et Δ est l'énergie de gap supraconducteur). Lorsque le résonateur est refroidi à une température bien inférieure à la température critique du supraconducteur, ce rayonnement incident rompt les paires de Cooper dans le volume du résonateur et génère des excitations quas....

Protocole

1. Microstrip ligne Resonator Fabrication ¹⁴ (Figure 3)

1. Nettoyer un (SOI) plaquette de silicium sur isolant, qui comporte une couche de dispositif en silicium de 0,45 um d'épaisseur, fraîchement mélangé avec du H ₂ SO _4: H ₂ O ₂ (3: 1) pendant 10 min. Ensuite, rincer la plaquette dans de l'eau déminéralisée pendant 10 min et sec avec un pistolet d'azote. Immédiatement avant le traitement ultérieur, plonger la plaquette dans H ₂ O: HF (10: 1) pendant 10 secondes et rincer à l' eau déminéralisée pendant 5 min.
2. Fabriquez un masque lift-off, qui se compose d'un germ....

Résultats

La réponse d'une demi-onde de Mo ₂ N résonateur (figure 5) fabriqué sur un monocristal de silicium diélectrique de 0,45 um a été validé avec cette méthode. Dans ce cas, le couplage à un guide d' ondes Nb coplanaire (CPW) , la ligne d' alimentation pour lecture est réalisée par l' intermédiaire d'un couplage capacitif à travers un rapport SiO ₂ diélectrique déposée par pulvérisation cathodique, dans le "H" zone en forme .......

Discussion

Le procédé de fabrication simple bascule fournit un moyen pour réaliser des résonateurs supraconducteurs des deux côtés d'un substrat en silicium monocristallin 0,45 um mince. On peut être motivé à utiliser un Si monocristallin diélectrique , car il a plus d'un ordre de grandeur inférieure à la perte diélectriques déposées (tels que Si ₃ N ₄₎ avec tangentes de perte dans la gamme 4,0-6,5 GHz <1 x 10 ^- . La capacité ^{23 au 24 mai} le modèle comporte des deux.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Protocol Section 1
Microposit S-1811 Photoresist	Shipley
BCB	Dow		3022-35
SOI wafers	SOITec		Fabriqué avec SmartCutTM process
Mo	Kamis		99.99 %
Nb	Kamis		99.95 % ( exclut Ta)
E-6 gravure sur métal avec 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		Adhésif basse température
Protocol Sections 3-4Cryogenic Microwave Amplifier MITEQ AF S3-02000400-08-CR-4 2-4 GHz, gain ~30  ;
			dB
NbTi Câbles SMA semi-rigides	Coax. Co.	SC-086/50-NbTi-NbTi
Circulateur	PamTech	CTD1229K	perte de retour > -20 dB à partir de 2-4 GHz
Atténuateur RF	Weinschel	Model-4M	Atténuation 7 dB
Câbles SMA flexibles	Teledyne-Storm	R94-240	ACCU-TEST
Analyseur de réseau vectoriel	Agilent	N5242A PNA-X
Liquid He-4 cryogène	Praxair
Cryogène N2 liquide	Praxair