Name: Fabrication et caractérisation de supraconductrices Resonators (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-05-21T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 26 s
Description: Découvrez la fabrication de résonateurs supraconducteurs et la caractérisation de leurs paramètres de diffusion sur substrat silicium. Cette méthode avancée permet des mesures précises pour l'informatique quantique et la détection de signaux astrophysiques.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Les auteurs reconnaissent le soutien financier de ROSES la National Aeronautics and Space Administration (NASA) s &#39;et des programmes APRA. GC reconnaît également l&#39;Association de recherche spatiale Universités pour administrer sa nomination à la NASA.

1. Microstrip ligne Resonator Fabrication 14 (Figure 3) <ol><li> Nettoyer un (SOI) plaquette de silicium sur isolant, qui comporte une couche de dispositif en silicium de 0,45 um d&#39;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&#39;eau déminéralisée pendant 10 min et sec avec un pistolet d&#39;azote. Immédiatement avant le traitement ultérieur, plonger la plaquette dans H 2 O: HF (10: 1) pendant 10 secondes et rincer à l&#39; eau déminéralisée pendant 5 min. </li><li> Fabriquez un masque lift-off, qui se compose d&#39;un germanium (Ge) / photorésist positif telles que S-1811. 15 <ol><li> Spin-coat la tranche avec amincie bicouche de résine photosensible positive (2 parties de diluant-P: 1 partie photorésist positif) à 4000 rpm pendant 30 secondes, puis dépôt par faisceau d&#39;électrons Ge. </li><li> Ge motif en utilisant la photolithographie en appliquant d&#39;abord l&#39;hexaméthyldisilazane (HMDS) sur la plaquette pendant 1 min, puis essorer l&#39;excès à 3000 tpm pendant 30 secondes. </li><li> Spin sur amincie photorésist positif (2 parties de diluant-P: 1 partie photorésist positif) à 2.000 tours par minute pendant 30 secondes et le faire cuire sur une plaque chauffante pendant 1 min à 110 ° C. Utilisez un aligneur de masque pour exposer photoresist et pulvériser développent résister avec une solution à base d&#39;hydroxyde de tétraméthylammonium. </li><li> Réactif-ion graver la Ge avec un SF 6 / O 2 plasma à 70 W. Ash sous - jacente photoresist avec plasma O 2 pour obtenir contre - dépouille de résine photosensible. </li><li> DC-magnétron plan par pulvérisation cathodique dépôt de niobium (Nb) sol avec 3,7 mT d&#39;argon (Ar) à 500 W et soulevez-le en plaçant la plaquette à l&#39;intérieur d&#39;un bêcher d&#39;acétone rempli pendant 4 heures. </li></ol></li><li> Spin-coat bisbenzocyclobutène (BCB) à 4000 tpm pendant 30 secondes sur la surface revêtue de Nb de la plaquette SOI et à une surface d&#39;une autre plaquette de silicium. Lier les deux surfaces de BCB revêtues avec 3 bars de pression à 200 ° C. </li><li> Manuellement bascule pile à l&#39;envers de la plaquette pour commencer le traitement de la face arrière de la plaquette SOI. </li><li>Graver la plaquette de manipulation en silicium par rodage mécanique à l&#39; aide d&#39; Al 2 O 3 en suspension, suivie d&#39; une gravure ionique réactive profonde en utilisant le procédé Bosch 16 graver la couche de SiO 2 enfouie avec du H 2 O:. HF (10: 1) pendant 20 min. </li><li> Dépôt de molybdène nitrure (Mo 2 N) en utilisant magnétron DC pulvérisation réactive à 700 W et 3,3 mT (Ar: N 2 pression partielle = 7: 1). Motif résonateurs en tournant à 2000 tours par minute pendant 30 secondes et le faire cuire à 180 ° C pendant 2 min, suivie par filage amincies photorésist positif (2 parties de diluant-P: 1 partie photorésist positif) à 2.000 tours par minute pendant 30 secondes. Développer dans une solution de résine photosensible à base d&#39;hydroxyde de tétraméthylammonium et de cendres dans un graveur ionique réactif. Etch Mo 2 N avec une solution à base d&#39;acide phosphorique. </li><li> Fabriquer un masque de décollement constitué par une double couche de Ge / PMMA en faisant tourner le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) à 5000 tpm pendant 30 secondes et cuire au four à 180 ° C pendant 2 min suivi par un faisceau d&#39;électrons déposition de Ge. SPUTTER-dépôt Nb lignes de transport et décoller dans de l&#39;acétone (voir l&#39;étape 1.2, à l&#39;exception que la résine photosensible positive est substitué par un PMMA). </li><li> Dans certains modes de réalisation, la radio-fréquence (RF) par pulvérisation cathodique dépôt de SiO 2, motif par filage avec photoresist positif et graver dans une solution à base fluorhydrique-acide. Ensuite, soulever un Nb film mince déposée par pulvérisation en utilisant un germanium / positif masque photorésistant de décollage comme détaillé dans l&#39;étape 1.2. </li></ol> 2. Procédure d&#39;installation des micro-ondes Resonator Chip dans le paquet d&#39;essai <ol><li> Conception et machine à un paquet d&#39;essai constitué d&#39;or (Au) cavité de cuivre revêtu de (avec une base et le couvercle), qui correspond à des dimensions de la puce de résonateur, entrée feedline et lieux de sortie. NOTE: La taille de la cavité du boîtier doit être spécifié pour soutenir une opération mono-mode avec couplage parasite minimal sur la bande d&#39;intérêt. </li><li> Conception et fabrication d&#39;une impédance micro-ondes fan-ou contrôléet bord 17 pour acheminer les signaux entre la puce et la version Sub-Miniature A (SMA) connecteurs. </li><li> Insérez les connecteurs SMA dans l&#39;entrée et la sortie du paquet d&#39;essai de telle sorte que l&#39;axe du conducteur central est aligné sur le tampon de contact de carte fan-out correspondant. Appliquer un masque de soudure pour protéger contre les courts-circuits, et appliquer la soudure dans la zone de la broche de conducteur central. Placez le paquet sur une plaque chaude et de la chaleur à 200 ° C pendant 5 min ~ pour faire fondre la soudure. Laisser refroidir puis retirer le masque de soudure. </li><li> Monter la pastille de résonateur dans la cavité de l&#39;emballage de cuivre Au-enduit tels que les plots de sortie et d&#39;entrée sur puce feedline sont proches et alignées sur la carte guide d&#39;ondes coplanaire de fan-out correspondant (CPW) lignes. Fixer la puce avec des pinces de cuivre qui entrent en contact sur les bords des coins de la puce. </li><li> Placez liaisons filaires Al supraconductrice entre le conseil fan-out et sur puce plots de contact. Placez un nombre maximum (~ 4 dans le cas présenté ici - voir <strong&gt; Figure 4) ~, ~ liaisons par fil 500-600-um-longues de 250 um-en-hauteur, pour fournir correspondance d&#39; impédance entre l&#39;entrée de connecteur SMA et les sorties et la CPW feedline sur puce. </li><li> Après wire-bonding, avec un multimètre vérifier la résistance en courant continu entre les broches centrales des connecteurs d&#39;entrée et de sortie, et entre une broche centrale et la masse, pour confirmer il y a une connexion électrique entre les deux broches centrales et une connexion ouverte entre le centre ligne et la terre. </li></ol> 3. Procédure pour l&#39;installation des micro-ondes Resonator dans un four micro-ondes Testbed Cryogenic Hélium-3 <ol><li> Assembler le banc d&#39; essai comme dans la configuration représentée sur la figure 2, dans laquelle une série de câbles SMA sont acheminés à partir de la température ambiante à l&#39;étage froid 0,3-K , où le dispositif sera monté. </li><li> Installer le cuivre (Cu) et supraconductrices en niobium-titane (NbTi) des câbles , comme illustré sur la figure 2 pour fournir une faible perte de micro - ondes et, dans lecas des câbles NbTi, une faible conductivité thermique. Utilisez les câbles NbTi comme une rupture thermique entre le 2-K et 0,3 K-étapes. </li><li> Monter un amplificateur transistor à haute mobilité d&#39;électrons cryogénique (HEMT) au stade 2-K sur la ligne de sortie à faible amplification du bruit dans la bande du dispositif de résonateur et installer un circulateur. </li><li> Insérez un circulateur cryogénique sur la ligne de sortie à l&#39;entrée de cet amplificateur. </li><li> Monter les dispositifs résonateurs emballés sur un support boulonné à l&#39;étage froid 0,3-K. </li><li> Branchez un atténuateur de micro-ondes sur le côté d&#39;entrée de l&#39;emballage pour assurer la terminaison adaptée et branchez les câbles SMA appropriés à cette entrée de l&#39;atténuateur et de sortie de l&#39;emballage. Assurez -vous que ces terminaisons d&#39;impédance contrôlée sont bien assortis et sont aussi proches de l&#39;appareil sous test que possible - ils définissent le «plan d&#39;étalonnage de l&#39; appareil&quot; (voir la figure 2). </li><li> Fermez le cryostat. Suivez la procédure standard pour refroidir le dispositifs à 0,3 K. </li></ol> 4. Procédure de mesures micro-ondes à résonateur <ol><li> Réglez le VNA pour numériser sur une large bande de fréquences (10 MHz - 8 GHz, pour le dispositif considéré ici) aux fréquences dispositif sous test conception. Réglez les niveaux de puissance sur le VNA à des niveaux appropriés pour le dispositif sous test (~ -30 dBm, pour le dispositif considéré ici). REMARQUE: Veiller à ce que le niveau de puissance RF d&#39;entrée est suffisamment faible pour ne pas dépasser le courant critique du résonateur supraconducteur à micro-ondes et supraconducteur feedline. Assurez-vous que le niveau de puissance est suffisamment élevée pour fournir un rapport adéquat signal-bruit. </li><li> Calibrer les câbles RF flexibles suivant la procédure standard à court ouvert Load-Thru (SOLT), suivant les instructions du logiciel VNA dans le manuel VNA. Insérer en court-circuit, ouvert, terminé par et à travers des normes à la sortie de chacun des câbles flexibles, qui route de l&#39;analyseur de réseau vectoriel et qui sera ensuite connectée à l&#39;entréedu cryostat pour des mesures. Cet étalonnage définit le &quot;plan de référence de l&#39; instrument&quot; (par exemple, voir la figure 2). </li><li> Suite à cette calibration SOLT, vérifier la fidélité de l&#39;étalonnage en confirmant que la transmission, S 21, avec la ligne à travers connecté mesurée avec le VNA, comporte des erreurs résiduelles faibles (ie, la réponse est à ~ 0 dB et S 11 et S 22 sont faibles, par exemple, ≤ -50 dB). </li><li> Branchez les câbles flexibles aux lignes du cryostat entrée et de sortie. </li><li> Allumez l&#39;amplificateur hyperfréquence cryogénique en appliquant la tension de polarisation requis tel que spécifié dans la documentation fourni par la compagnie pour l&#39;amplificateur à micro-ondes. </li><li> Tout d&#39; abord, compléter un balayage à large bande de VNA (10 MHz - 8 GHz, pour le dispositif considéré ici) pour observer la structure de référence S 21 et de regarder pour tout Q haute forte &lt;/ Em&gt; structures indicatives de résonateurs à micro-ondes. </li><li> Ensuite, réduire la gamme de fréquences (à ~ 2-4 GHz, pour le dispositif considéré ici) et ajuster le nombre de points de données (~ 30 000 pour le dispositif considéré ici) de la VNA pour numériser sur la bande de résonateur. Utilisez une bande de fréquence assez large pour offrir une durée de base adéquate pour des crises ultérieures à cette ligne de base pour réaliser un étalonnage in situ (voir la discussion dans l&#39; introduction). REMARQUE: En fonction du niveau de bruit, augmenter le nombre de moyennes, ou de réduire la bande passante IF pour améliorer le signal sur bruit. </li><li> Conservez ces analyses de données VNA des données de transmission complexes à déposer pour la post-mesure d&#39;étalonnage in situ, et l&#39; analyse et l&#39; extraction des facteurs de qualité et des fréquences de résonance. 11 </li></ol>

<ol><li>Monfardini, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+N%C3%A9el+IRAM+KID+Arrays+%28NIKA%29%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Low+Temp.+Phys%22%5BJournal%5D)">The Néel IRAM KID Arrays (NIKA).</a> J. Low Temp. Phys. 167 (5-6), 834-839 (2012).</li>
<li>Schlaerth, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Status+of+Music%3A+A+Multicolor+Sub%2Fmillimeter+MKID+Instrument%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Low+Temp.+Phys%22%5BJournal%5D)">The Status of Music: A Multicolor Sub/millimeter MKID Instrument.</a> J. Low Temp. Phys. 167 (3-4), 347-353 (2012).</li>
<li>Swenson, L. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MAKO%3A+a+pathfinder+instrument+for+on-sky+demonstration+of+low-cost+350+micron+imaging+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+SPIE%22%5BJournal%5D)">MAKO: a pathfinder instrument for on-sky demonstration of low-cost 350 micron imaging arrays.</a> Proc. SPIE. 8452, 84520P(2012).</li>
<li>Mazin, B. A., Bumble, B., Meeker, S. R., O'Brien, K., McHugh, S., Langman, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+superconducting+focal+plane+array+for+ultraviolet%2C+optical%2C+and+near-infrared+astrophysics%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">A superconducting focal plane array for ultraviolet, optical, and near-infrared astrophysics.</a> Opt. Express. 20 (2), 1503-1511 (2012).</li>
<li>Mazin, B. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Microwave+Kinetic+Inductance+Detectors%22">Microwave Kinetic Inductance Detectors</a>. , California Institute of Technology. Pasadena, California. (2005).</li>
<li>McHugh, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+readout+for+large+arrays+of+Microwave+Kinetic+Inductance+Detectors%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">A readout for large arrays of Microwave Kinetic Inductance Detectors.</a> Rev. Sci. Instrum. 83 (4), 044702(2012).</li>
<li>Mazin, B. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ARCONS%3A+A+2024+Pixel+Optical+through+Near-IR+Cryogenic+Imaging+Spectrophotometer%5BTitle%5D)+AND+%22Publ.+Astron.+Soc.+Pac%22%5BJournal%5D)">ARCONS: A 2024 Pixel Optical through Near-IR Cryogenic Imaging Spectrophotometer.</a> Publ. Astron. Soc. Pac. 123 (933), 1348-1361 (2013).</li>
<li>Zmuidzinas, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Superconducting+Microresonators%3A+Physics+and+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Annu.+Rev.+Condens.+Matter+Phys%22%5BJournal%5D)">Superconducting Microresonators: Physics and Applications.</a> Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 3, 169-214 (2012).</li>
<li>Vijay, R., Slichter, D. H., Siddiqi, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+Quantum+Jumps+in+a+Superconducting%5BTitle%5D)+AND+%22Artificial+Atom.+Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Observation of Quantum Jumps in a Superconducting.</a> Artificial Atom. Phys. Rev. Lett. 106 (11), 110502(2011).</li>
<li>Krupka, J., Derzakowski, K., Tobar, M., Hartnett, J., Geyer, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Complex+permittivity+of+some+ultralow+loss+dielectric+crystals+at+cryogenic+temperatures%5BTitle%5D)+AND+%22Meas.+Sci.+Technology%22%5BJournal%5D)">Complex permittivity of some ultralow loss dielectric crystals at cryogenic temperatures.</a> Meas. Sci. Technology. 10 (5), 387-392 (1999).</li>
<li>Cataldo, G., Wollack, E. J., Barrentine, E. M., Brown, A. D., Moseley, S. H., U-Yen, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+and+calibration+techniques+for+superconducting+resonators%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Analysis and calibration techniques for superconducting resonators.</a> Rev. Sci. Instrum. 86 (1), 013103(2015).</li>
<li>Russell, D., Cleary, K., Reeves, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cryogenic+probe+station+for+on-wafer+characterization+of+electrical+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Cryogenic probe station for on-wafer characterization of electrical devices.</a> Rev. Sci. Instrum. 83 (4), 044703(2012).</li>
<li>Ranzani, L., Spietz, L., Popovic, Z., Aumentado, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-port+microwave+calibration+at+millikelvin+temperatures%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Two-port microwave calibration at millikelvin temperatures.</a> Rev. Sci. Instrum. 84 (3), 034704(2013).</li>
<li>Patel, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+MKIDS+for+the+MicroSpec+Spectrometer%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Appl.+Supercond%22%5BJournal%5D)">Fabrication of MKIDS for the MicroSpec Spectrometer.</a> IEEE Trans. Appl. Supercond. 23 (3), 2400404(2013).</li>
<li>High-Precision Thin Film Metal Liftoff Technique. , 9076658 B1 (2015).</li>
<li>Method of anisotropically etching silicon. , U.S. Patent No. 5501893 (1996).</li>
<li>Chen, D., Wang, Q., Shen, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+broadband+microstrip-to-CPW+transition%5BTitle%5D)+AND+%22APMC+2005.+Asian-Pac.+Conf.+Proc%22%5BJournal%5D)">A broadband microstrip-to-CPW transition.</a> APMC 2005. Asian-Pac. Conf. Proc. 2 (4), (2005).</li>
<li>Fano, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sullo+spettro+di+assorbimento+dei+gas+nobili+presso+il+limite+dello+spettro+d%27arco%5BTitle%5D)+AND+%22Il+Nuovo+Cimento%22%5BJournal%5D)">Sullo spettro di assorbimento dei gas nobili presso il limite dello spettro d'arco.</a> Il Nuovo Cimento. 12 (3), 154-161 (1935).</li>
<li>Fano, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+Configuration+Interaction+on+Intensities+and+Phase+Shifts%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev%22%5BJournal%5D)">Effects of Configuration Interaction on Intensities and Phase Shifts.</a> Phys. Rev. 124 (6), 1866-1878 (1961).</li>
<li>Marquezini, M. V., Kner, P., Bar-Ad, S., Tignon, J., Chemla, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Density+dependence+of+the+spectral+dielectric+function+across+a+Fano+resonance%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Density dependence of the spectral dielectric function across a Fano resonance.</a> Phys. Rev. B. 57 (7), 3745-3748 (1998).</li>
<li>Singh, R., Al-Naib, I., Cao, W., Rockstuhl, C., Koch, M., Zhang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Fano+Resonance+in+Symmetry+Broken+Terahertz+Metamaterials%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Terahertz+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">The Fano Resonance in Symmetry Broken Terahertz Metamaterials.</a> IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 3 (6), 820-826 (2013).</li>
<li>Giannini, V., Francescano, Y., Amrania, H., Phillips, C. C., Maier, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fano+Resonances+in+Nanoscale+Plasmonic+Systems%3A+A+Parameter-Free+Modeling+Approach%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Fano Resonances in Nanoscale Plasmonic Systems: A Parameter-Free Modeling Approach.</a> Nano Lett. 11 (7), 2835-2840 (2011).</li>
<li>O'Connell, A. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microwave+Dielectric+Loss+at+Single+Photon+Energies+and+Millikelvin+Temperatures%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Microwave Dielectric Loss at Single Photon Energies and Millikelvin Temperatures.</a> Appl. Phys. Lett. 92 (11), 112903(2008).</li>
<li>Weber, S. J., Murch, K. W., Slichter, D. H., Vijay, R., Siddiqi, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single+Crystal+Silicon+Capacitor+with+Low+Microwave+Loss+in+the+Single+Photon+Regime%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Single Crystal Silicon Capacitor with Low Microwave Loss in the Single Photon Regime.</a> Appl. Phys. Lett. 98 (17), 172510(2011).</li>
<li>Cataldo, G., Hsieh, W. T., Huang, W. C., Moseley, S. H., Stevenson, T. R., Wollack, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-Spec%3A+an+ultracompact%2C+high-sensitivity+spectrometer+for+far-infrared+and+submillimeter+astronomy%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Opt%22%5BJournal%5D)">Micro-Spec: an ultracompact, high-sensitivity spectrometer for far-infrared and submillimeter astronomy.</a> Appl. Opt. 53 (6), 1094-1102 (2014).</li>
</ol>

Les auteurs déclarent qu&#39;ils ont aucun intérêt financier concurrents.

Le procédé de fabrication simple bascule fournit un moyen pour réaliser des résonateurs supraconducteurs des deux côtés d&#39;un substrat en silicium monocristallin 0,45 um mince. On peut être motivé à utiliser un Si monocristallin diélectrique , car il a plus d&#39;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 &lt;1 x 10 - . La capacité 23 au 24 mai le modèle comporte des deux...

Les progrès de l&#39; 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&#39; énergie E = hv&gt; 2Δ (où h est constante, v de Planck est la fréquence de rayonnement et Δ est l&#39;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 quasiparticules. L&#39;augmentation de la densité des quasi-particules excitations modifie l&#39;inductance cinétique et donc l&#39;impédance complexe de la surface du supraconducteur. Cette réponse optique est observée comme un changement dans la fréquence de résonance à basse fréquence et une réduction du facteur de qualité du résonateur. Dans le schéma canonique de lecture pour un kine à micro-ondesDétecteur d&#39;inductance tic (mKid), le résonateur est couplé à une ligne d&#39;alimentation à micro-ondes et une transmission surveille le complexe à travers cette ligne d&#39;alimentation à une seule tonalité de fréquence micro-onde sur la résonance. Ici, la réponse optique est observée comme un changement dans l&#39;amplitude et la phase de transmission 5 (figure 1). Les systèmes de multiplexage dans le domaine fréquentiel sont capables de lire les tableaux de milliers de résonateurs. 6-7 Pour concevoir et mettre en œuvre des instruments à base de supraconducteurs résonateur avec succès, les propriétés de ces structures résonnantes doivent être caractérisés avec précision et efficacité. Par exemple, des mesures de précision sur les propriétés du bruit, les facteurs de qualité Q, les fréquences de résonance (y compris la dépendance de la température) et les propriétés de réponse optique des résonateurs supraconducteurs sont souhaités dans le cadre de mKid physique du dispositif, 8 informatique quantique, 9 et la détermination de faibles tematériaux de mpérature propriétés. 10 Dans tous ces cas, la mesure de la complexité des paramètres de diffusion de la transmission du circuit est souhaitée. Ce travail se concentre sur la détermination du coefficient de transmission complexe du résonateur, S 21, dont l&#39; amplitude et la phase peut être mesurée avec un analyseur de réseau vectoriel (VNA). Idéalement, le plan de référence VNA (ou port d&#39;essai) serait relié directement au dispositif sous test (DUT), mais un réglage cryogénique nécessite normalement l&#39;utilisation de structures de lignes de transmission supplémentaires pour réaliser une rupture thermique entre RT (~ 300 K) et la phase froide (~ 0,3 K dans ce travail; voir Fig ure 2). composants hyperfréquences supplémentaires tels que des coupleurs directionnels, des circulateurs, des isolateurs, des amplificateurs, atténuateurs, et les câbles d&#39;interconnexion associés peuvent être nécessaires pour préparer de manière appropriée, exciter, lire et le biais du dispositif d&#39;intérêt. leles vitesses et les dimensions de ces éléments varient en phase lors du refroidissement de la pièce à des températures cryogéniques, et par conséquent, ils affectent la réponse observée au niveau du plan d&#39;étalonnage de l&#39;appareil. Ces composants intermédiaires entre l&#39;instrument et l&#39;influence dispositif d&#39; étalonnage de plan le gain complexe et doivent être pris en compte de manière appropriée dans l&#39;interprétation de la réponse mesurée. 11 En théorie, un dispositif est nécessaire qui définit le plan de référence de mesure, identique à celui employé lors de l&#39;étalonnage, à l&#39;objet à tester. Pour atteindre cet objectif, on pourrait mesurer les normes d&#39;étalonnage sur plusieurs cool-bas; Cependant, cela pose des contraintes sur la stabilité du VNA et la reproductibilité de l&#39;instrument cryogénique, qui sont difficiles à atteindre. Pour atténuer ces préoccupations, on pourrait placer les normes nécessaires dans l&#39;environnement de test refroidi et basculer entre eux. Ceci est, par exemple, similaire à ce qu&#39;on trouve dans les stations de sonde à micro-ondes, Où les normes d&#39;échantillonnage et d&#39; étalonnage sont refroidis à 4 K par un flux d&#39;hélium liquide continu ou un système de réfrigération fermé de cycle. 12 Cette méthode a été démontrée à des températures sous-kelvin , mais nécessite une faible puissance, haute performance commutateur de micro - ondes dans le test de bande d&#39;intérêt. 13 Une procédure d&#39; étalonnage in-situ est donc souhaité qui représente la réponse instrumentale de transmission entre le plan de référence VNA et le plan d&#39;étalonnage de l&#39; appareil (fig ure 2) , et qui surmonte les limitations des méthodes décrites ci - dessus. Cette méthode d&#39;étalonnage cryogénique, présenté et discuté en détail dans Cataldo et al. 11, permet de caractériser plusieurs résonateurs sur une large gamme de fréquences par rapport à la largeur de la ligne de résonateur et l&#39; espacement inter-résonateur avec une précision de ~ 1%. Ce document mettra l&#39;accent sur les détails de la fabrication d&#39;échantillons et de préparationprocessus de paratifs, des procédures Test set-up et de mesure expérimentales utilisées pour caractériser résonateurs supraconducteur à micro - ondes avec des géométries de ligne plane. 11

<table><tbody><tr><td colspan="4">Protocol Section 1</td></tr><tr><td>Microposit S-1811 Photoresist</td><td>Shipley</td><td></td><td></td></tr><tr><td>BCB</td><td>Dow</td><td></td><td>3022-35</td></tr><tr><td>SOI wafers</td><td>SOITec</td><td></td><td>Fabriqué avec SmartCutTM process</td></tr><tr><td>Mo</td><td>Kamis</td><td></td><td>99.99 %</td></tr><tr><td>Nb</td><td>Kamis</td><td></td><td>99.95 % ( exclut Ta)</td></tr><tr><td>E-6 gravure sur métal avec AES</td><td>Fujifilm</td><td></td><td>CPG</td></tr><tr><td>Grade Acetone</td><td>JT Baker</td><td>9005-05</td><td>CMOS Grade</td></tr><tr><td>HF dip (1:10)</td><td>JT Baker</td><td>5397-03</td><td></td></tr><tr><td>PMMA</td><td>Microchem</td><td></td><td>950 PMMA A2</td></tr><tr><td colspan="4">Protocol Section 2</td></tr><tr><td>GE 7031</td><td>General Electric</td><td></td><td>Adhésif basse température</td></tr><td colspan="4">Protocol Sections 3-4Cryogenic Microwave Amplifier MITEQ AF S3-02000400-08-CR-4 2-4 GHz, gain ~30&nbsp ;<tr></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> dB</td></tr><tr><td>NbTi Câbles SMA semi-rigides</td><td>Coax. Co.</td><td>SC-086/50-NbTi-NbTi</td><td></td></tr><tr><td>Circulateur</td><td>PamTech</td><td>CTD1229K</td><td>perte de retour > -20 dB à partir de 2-4 GHz</td></tr><tr><td>Atténuateur RF</td><td>Weinschel</td><td>Model-4M</td><td>Atténuation 7 dB</td></tr><tr><td>Câbles SMA flexibles</td><td>Teledyne-Storm</td><td>R94-240</td><td>ACCU-TEST</td></tr><tr><td>Analyseur de réseau vectoriel</td><td>Agilent</td><td>N5242A PNA-X</td><td></td></tr><tr><td>Liquid He-4 cryogène</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cryogène N2 liquide</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

fabrication et caractérisation de supraconductrices resonators

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Supraconductrices résonateurs à micro-ondes sont d&#39;intérêt pour un large éventail d&#39;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&#39;un monocristal de silicium diélectrique atomiquement lisse. Ce travail décrit la procédure pour l&#39;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&#39;extraction de la properties des lignes supraconductrices et de substrat diélectrique (par exemple, des facteurs de qualité internes, les pertes et les fractions d&#39;inductance cinétique), qui sont importantes pour la conception et la performance appareil.

La réponse d&#39;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&#39; ondes Nb coplanaire (CPW) , la ligne d&#39; alimentation pour lecture est réalisée par l&#39; intermédiaire d&#39;un couplage capacitif à travers un rapport SiO 2 diélectrique déposée par pulvérisation cathodique, dans le &quot;H&quot; zone en forme ...

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.

Fabrication et caractérisation de supraconductrices Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

L'objectif général de cette procédure est de fabriquer des résonateurs micro-ondes supraconducteurs et de caractériser leurs paramètres de diffusion. Cette méthode permet de concevoir et de mettre en œuvre des instruments supraconducteurs grâce à la cathétérisation de lignes supraconductrices sur un substrat électrique. Par exemple, les facteurs de qualité internes, les fractions de pertes et les connexions de ces infractions peuvent être mesurés. Le principal avantage de ces techniques est qu'elles permettent la réalisation de résonateurs supraconducteurs sur les deux faces d'un substrat en silicium, ce qui rend possible des mesures précises.Les implications de cette technique s'étendent à un large éventail d'applications, notamment les détecteurs à inductance cinétique pour la détection de signaux astrophysiques faibles, ainsi que les applications en informatique quantique et la caractérisation des matériaux. Commencez par verser sur un wafer de silicium sur isolant fraîchement nettoyé. Déposez une couche de résine photosensible par centrifugation à 4 000 tr/min pendant 30 secondes.Ensuite, déposer du germanium par faisceau d'électrons sur la plaquette. Puis, appliquer par rotation une couche mince de résine photosensible à 2 000 tr/min pendant 30 secondes, puis cuire la plaquette sur une plaque chauffante à 110 degrés Celsius pendant une minute. Maintenant, utiliser un aligneur de masque pour exposer la résine photosensible.Et appliquer par pulvérisation la solution de développement du résine basée sur le TMAH. L'étape suivante consiste à graver par ionisation réactive la couche de germanium fabriquée à l'aide d'un plasma de fluorure d'hexafluore et d'oxygène à 70 watts. Ensuite, éliminer par oxydation la couche de résine photosensible sous-jacente à l'aide d'un plasma d'oxygène dans un graveur par ionisation réactive afin d'obtenir un creusement sous-jacent de la résine photosensible.Ensuite, à l’aide d’un magnétron à courant continu, déposer par pulvérisation un plan de masse en niobium sur la tranche avec 3,7 millitor d’argon à 500 watts. Puis, décoller le plan de masse en plongeant la tranche dans l’acétone pendant quatre heures. Ensuite, appliquer du BCB par centrifugation sur la tranche recouverte de niobium à 4 000 tr/min pendant 30 secondes, puis faire de même avec une nouvelle tranche de silicium.À présent, assembler les deux surfaces revêtues de BCB sous une pression de trois bar à 200 degrés Celsius. Ensuite, retourner l'empilement de tranches et commencer le traitement de l'arrière de la tranche de silicium sur isolant. Graver la tranche de silicium de support par limage mécanique à l'aide d'une suspension d'oxyde d'aluminium composée de 150 millilitres de poudre d'oxyde d'aluminium de 30 micromètres de diamètre et de 1 500 millilitres d'eau.Régler la rotation de la plaque de rodage à 45 tr/min et maintenir pendant deux à quatre heures. L'étape la plus critique consiste à amincir la tranche par rodage mécanique. En effet, lors du premier cycle de fabrication, 50 % des tranches se sont rompues.Le problème de rupture a été atténué en appliquant un ruban libérant la chaleur sur l'arrière des plaquettes. Ensuite, utiliser le procédé Bosh pour graver profondément par ionisation réactive le reste de la plaquette de silicium support. Graver la couche d'oxyde de silicium enterrée à l'acide fluorhydrique dilué d'un volume pour dix volumes d'eau pendant 20 minutes.Continuer d'utiliser les mêmes techniques pour déposer et graver une couche de nitrure de molybdène, suivie de l'ajout d'une autre couche de germanium. Fabriquer ainsi le résonateur en ligne microruban. Pour cette procédure, préparer un boîtier de test en cuivre revêtu d'or et une carte d'éventail micro-ondes à impédance contrôlée afin de relier les signaux entre la puce et les connecteurs de type sub-miniature A ou SMA.Les connecteurs SMA ont été insérés précédemment dans l'entrée et la sortie de ce boîtier de test, les broches du conducteur central étant alignées, puis soudées aux pastilles de contact correspondantes sur la carte d'éventail. La puce résonateur a été montée précédemment dans la cavité du boîtier en cuivre revêtu d'or, les pastilles d'entrée et de sortie de la ligne d'alimentation intégrée étant placées à proximité des lignes CPW correspondantes sur les cartes d'éventail. La puce doit être fixée à l'aide de pinces en cuivre, qui établissent le contact sur les bords de la puce.Des liaisons en fil d'aluminium supraconducteur ont été précédemment placées entre la carte d'éventail et les pastilles de contact sur puce, avec autant de liaisons que nécessaire pour adapter l'impédance entre l'entrée et les sorties du connecteur SMA et la ligne d'alimentation CPW sur puce. Après le filage, à l’aide d’un multimètre, vérifiez la résistance continue entre les broches centrales des connecteurs d'entrée et de sortie, ainsi qu’entre une broche centrale et la masse, afin de confirmer qu’il existe une connexion électrique entre les deux broches centrales et une absence de connexion entre la ligne centrale et la masse.La plateforme de test est assemblée à l'aide d'une série de câbles SMA partant de la température ambiante jusqu'à un étage froid à 0,3 kelvin où le dispositif sera monté. Des câbles en cuivre et en niobium-titane supraconducteur sont utilisés afin de minimiser les pertes micro-ondes. Pour assurer une rupture thermique entre les étages à deux kelvins et à 0,3 kelvin, des câbles en niobium-titane sont utilisés.Pour une amplification à faible bruit dans la bande du dispositif résonateur, un amplificateur cryogénique à transistor à haute mobilité d'électrons est monté sur l'étage à deux kelvins de la ligne de sortie. Notez également que, sur la ligne de sortie, à l'entrée de cet amplificateur, se trouve un circulateur cryogénique. Sur l'étage froid à 0,3 kelvin, fixez les dispositifs résonateurs encapsulés sur le support vissé.Ensuite, connectez un atténuateur micro-ondes sur le côté d'entrée du boîtier afin d'assurer une terminaison adaptée. Puis, reliez les câbles SMA appropriés à l'entrée de cet atténuateur et à la sortie du boîtier. Ces terminaisons définissent le plan d'étalonnage du dispositif.Fermez maintenant le cryostat et suivez la procédure standard utilisée pour refroidir les dispositifs à 0,3 kelvin. Commencez par configurer l'analyseur de réseau vectoriel (VNA). Effectuez un balayage entre 10 mégahertz et 8 gigahertz, ou une bande similairement large, en veillant à ce que le niveau de puissance n'excède pas le courant critique du résonateur hyperfréquence supraconducteur et de la ligne d'alimentation supraconductrice.Réglez le niveau de puissance à environ moins 30 décibels-milliwatts, ou à un niveau similairement approprié fournissant un rapport signal sur bruit adéquat. Ensuite, étalonnez les câbles flexibles de radiofréquence selon la procédure standard dite « short open load through ». Utilisez le logiciel du analyseur de réseau vectoriel (VNA) conformément aux instructions du fabricant.Cet étalonnage définit le plan de référence de l'instrument. Après l'étalonnage, vérifiez sa fidélité en confirmant la transmission S21 avec la ligne de passage connectée. La réponse mesurée du VNA doit présenter de faibles erreurs résiduelles, proche de 0 décibels pour S11, tandis que S22 doit être inférieur à moins 50 décibels.Ensuite, connectez les câbles flexibles aux lignes d'entrée et de sortie du cryostat. Puis, allumez l'amplificateur micro-ondes cryogénique en appliquant la tension de polarisation continue spécifiée par le fabricant pour l'amplificateur micro-ondes. Ensuite, commencez les mesures.Tout d'abord, effectuez un balayage large bande afin d'observer la structure de base de S21 et de rechercher d'éventuelles structures fines à fort facteur de qualité (Q), qui indiquent la présence de résonateurs micro-ondes. Ensuite, rétrécissez la plage de fréquence. Rendez-la suffisamment large pour fournir une ligne de base adéquate pour les ajustements ultérieurs et l'étalonnage insitu.Ensuite, ajustez le nombre de points de données. Dans ce cas, à environ 30 000. Un résonateur en nitrure de molybdène en demi-onde a été fabriqué sur les deux côtés d'un diélectrique en silicium monocristallin de 0,45 micron.Le diélectrique était couplé à une ligne d'alimentation en onde coplanaire au niobium pour la lecture, par un couplage capacitif à travers un diélectrique en oxyde de silicium déposé par pulvérisation cathodique. Cette configuration apparaît comme la région en forme de huit à l'une des extrémités ouvertes du résonateur. L'amplitude du coefficient de transmission mesuré, S21 de cette ligne d'alimentation, au plan de référence de l'analyseur de réseau vectoriel (VNA), a été mesurée en fonction de la fréquence.À la fréquence de résonance de chaque résonateur, un affaissement de l'amplitude de transmission indique que la puissance micro-onde a été couplée aux résonateurs. Après avoir suivi ces procédures, les données recueillies peuvent être analysées selon une méthode d'étalonnage inseech-you afin d'extraire les paramètres électromagnétiques détaillés du résonateur qui présentent un intérêt. Après son développement, cette technique de fabrication a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine des détecteurs de conductance cinétique micro-onde pour concevoir de nouvelles architectures de détecteurs à pertes ultra-faibles.

fabrication-and-characterization-of-superconducting-resonators

Research

Recherche

JoVE Journal

Engineering

Ingénierie

On décrit l'utilisation d'une technique de carbone du dioxyde de refusion au laser pour fabriquer des cavités résonnantes silice, y compris autoportante microsphères et sur puce microtoroids. La méthode de refusion d'éliminer les imperfections de surface, ce qui permet de longues durées de vie des photons dans les deux appareils. Les dispositifs qui en résultent ont des facteurs de haute qualité ultra, permettant aux applications allant des télécommunications aux biodétection.

Fabrication de silice Ultra High microrésonateurs facteur de qualité

Utilisation des guides d'ondes à cristal photonique de lumière lente et des cavités a été largement adopté par la communauté de la photonique dans de nombreuses applications différentes. Par conséquent fabrication et la caractérisation de ces dispositifs sont d'un grand intérêt. Le présent document décrit notre technique de fabrication et deux méthodes de caractérisation optiques, à savoir: diffusion interférométrique (guides) et de résonance (cavités).

Fabrication et caractérisation de guides d&#39;ondes à cristal photonique lumière lente et les cavités

Les techniques personnalisées développées dans notre laboratoire pour construire des systèmes photoniques micro-ondes basé sur Q chuchotement mode galerie résonateurs ultra-hautes sont présentés. Les protocoles d'obtenir et de caractériser ces résonateurs sont détaillés, et une explication de certaines de leurs applications à micro-ondes photonique est donné.

Les systèmes photoniques à micro-ondes Basé sur des résonateurs-galerie-mode de chuchotement

Des excitations optomécaniques paramétriques ont récemment été démontrées expérimentalement dans des résonateurs optomécaniques microfluidiques  au moyen de la pression de rayonnement optique et de la diffusion Brillouin stimulée. Cet article décrit la fabrication de ces résonateurs microfluidiques ainsi que les méthodologies de génération et de vérification des oscillations optomécaniques.

Fabrication et les essais de microfluidiques opto oscillateurs

Un protocole pour la conception et la fabrication d'une base nanopilier-roman anneau fendu résonateur (SRR) est présenté.

Fabrication d&#39;anneaux résonateurs fendus nanopilier-Based pour courant de déplacement Mediated Résonances en térahertz métamatériaux

Des protocoles pour la synthèse de microsphères à partir de polymères, la manipulation de microsphères et les mesures de micro-photoluminescence sont présentés.

Fabrication de microsphères polymères pour résonateurs optiques et applications laser

Un protocole pour une conception de faisceau fixe-fixe à l’aide d’un vibromètre laser Doppler (LDV), y compris la mesure de la fréquence, tuning, modification de réglage capacité et éviter la défaillance du dispositif et prismatique, est présenté. La supériorité de la méthode LDV sur l’analyseur de réseau est démontrée en raison de sa capacité supérieure de la mode.

Méthodologie de conception et caractérisation pour filtres MEMS Tunable efficace Wide Range

Ici, nous présentons un protocole pour générer des cristaux de soliton dans un résonateur à micro-anneaux emballé par papillon en utilisant une méthode d’accord thermique. De plus, les fluctuations du taux de répétition d’un cristal de soliton avec une seule vacance sont mesurées à l’aide d’une méthode d’auto-hétérodyne retardée.

Mesure rapide de la fluctuation du taux de répétition des cristaux de soliton dans un microrésonateur

Deux techniques de fabrication, le décollage et la gravure humide, sont décrites dans la production de transducteurs d’électrodes internumériques sur un substrat piézoélectrique, le niobate de lithium, largement utilisé pour générer des ondes acoustiques de surface qui trouvent maintenant une large utilité dans les fluides micro à nanométriques. Les électrodes produites sont montrées pour induire efficacement les mégahertz commandent des ondes acoustiques de surface de Rayleigh.

Fabrication de dispositifs d’ondes acoustiques de surface sur lithium niobate

Cet article retrace le cycle de vie d’un résonateur à membrane en nitrure de silicium, de la conception à la caractérisation en passant par la fabrication.

Fabrication et caractérisation de résonateurs à membrane en nitrure de silicium à haut Q

Découvrez la fabrication de résonateurs supraconducteurs et la caractérisation de leurs paramètres de diffusion sur substrat silicium. Cette méthode avancée permet des mesures précises pour l'informatique quantique et la détection de signaux astrophysiques.

Fabrication et caractérisation de supraconductrices Resonators

Explorer plus de vidéos