Name: Fabbricazione e caratterizzazione di superconduttori risonatori (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-05-21T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 26 s
Description: Scopri la fabbricazione di risonatori superconduttori a microonde e la caratterizzazione dei parametri di scattering su substrato di silicio. Questo metodo consente misurazioni precise per applicazioni in computing quantistico.

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Gli autori riconoscono sostegno finanziario dalla National Aeronautics and Space Administration (NASA) s &#39;ROSES e programmi APRA. GC riconosce anche l&#39;Università Spazio Research Association per amministrare la sua nomina alla NASA.

1. Microstrip Resonator Linea Fabrication 14 (figura 3) <ol><li> Pulire un (SOI) wafer di silicio su isolante, che ha uno strato di silicio dispositivo 0,45 micron di spessore, con H appena miscelato 2 SO 4: H 2 O 2 (3: 1) per 10 min. Risciacquare il wafer in acqua deionizzata per 10 min e asciugare con una pistola di azoto. Immediatamente prima successivamente al trattamento, immergere il wafer in H 2 O: HF (10: 1) per 10 secondi e sciacquare in acqua deionizzata per 5 min. </li><li> Realizzare una maschera lift-off, che consiste di una di germanio (Ge) / fotoresist positivo come S-1811. 15 <ol><li> Spin-coat il wafer con assottigliato doppio strato fotosensibile positivo (2 parti più sottili-P: 1 parte di fotoresist positivo) a 4.000 rpm per 30 secondi e poi deposito fascio elettronico Ge. </li><li> Motivo Ge usando foto-litografia applicando dapprima esametildisilazano (HMDS) sul wafer per 1 min e poi girare l&#39;eccesso a 3.000 rpm per 30 sec. </li><li> Spin on diluito photoresist positivo (2 parti diluente-P: 1 parte photoresist positivo) a 2.000 rpm per 30 sec e cuocere su una piastra calda per 1 min a 110 ° C. Utilizzare un assetto maschera per esporre fotosensibile e spruzzare sviluppano resistere con una soluzione di idrossido a base di tetrametil ammonio. </li><li> Reattivo ioni di etch il Ge con un SF 6 / O 2 al plasma a 70 W. Ash sottostante fotosensibile con O 2 al plasma per ottenere undercut di fotoresist. </li><li> DC-magnetron sputtering piano di sicurezza di niobio (Nb) terra con 3,7 tonnellate di argon (Ar) a 500 W e sollevarlo posizionando il wafer all&#39;interno di un bicchiere di acetone-riempita per 4 ore. </li></ol></li><li> Spin-coat bisbenzocyclobutene (BCB) a 4.000 rpm per 30 sec sulla superficie Nb rivestita del wafer SOI e ad una superficie di un altro wafer di silicio. Incollare le due superfici BCB rivestite assieme 3 bar di pressione a 200 ° C. </li><li> Manualmente capovolgere wafer pila a testa in giù per iniziare l&#39;elaborazione del retro del wafer SOI. </li><li>Etch il wafer di silicio da maniglia lappatura meccanica con Al 2 O 3 slurry, seguita da profonda attacco con ioni reattivi utilizzando il processo Bosch 16 Etch strato sepolto SiO 2 con H 2 O:. HF (10: 1) per 20 min. </li><li> Deposito di molibdeno nitruro (Mo 2 N) utilizzando magnetron sputtering reattivo DC a 700 W e 3,3 Mt (Ar: N 2 pressione parziale = 7: 1). risonatori modello di filatura a 2.000 rpm per 30 sec e cuocerlo a 180 ° C per 2 min seguita da spinning assottigliati photoresist positivo (2 parti diluente-P: 1 parte photoresist positivo) a 2.000 rpm per 30 sec. Sviluppare photoresist in una soluzione di idrossido di tetrametil ammonio basata e cenere in un incisore ioni reattivi. Etch Mo 2 N con una soluzione a base di acido fosforico. </li><li> Realizzare una maschera a distacco costituito da un doppio strato Ge / PMMA facendo girare il polimetilmetacrilato (PMMA) a 5.000 rpm per 30 sec e cuocerlo a 180 ° C per 2 min seguita da dep fascio elettronicoosizione di Ge. Polverizzazione di deposito-linee di trasmissione Nb e sollevare in acetone (fare riferimento al punto 1.2 con l&#39;eccezione che il fotoresist positivo viene sostituito con PMMA). </li><li> In alcune forme di realizzazione, radiofrequenza (RF) sputter-deposito SiO 2, modello dal filatura con photoresist positivo e etch in una soluzione a base di acido fluoridrico-. Poi, sollevare una sottile pellicola Nb polverizzazione-depositato utilizzando un germanio / positivo maschera di resina fotosensibile decollo come descritto al punto 1.2. </li></ol> 2. Procedura per l&#39;installazione di microonde risonatore Chip Package in Test <ol><li> Progettazione e macchina di un pacchetto di prova costituito da oro (Au) cavità di rame Rivestiti (con una base e coperchio), che corrisponde a dimensioni di chip risonatore, ingresso linea di alimentazione e posizioni di uscita. NOTA: La dimensione della cavità dell&#39;alloggiamento dovrebbe essere specificata per supportare un&#39;operazione monomodale con accoppiamento parassita minimo sulla banda di interesse. </li><li> Progettare e fabbricare un controllo impedenza microonde fan-out bordo 17 per instradare i segnali tra il chip e connettori versione sub-miniatura A (SMA). </li><li> Inserire i connettori SMA nel ingresso e l&#39;uscita del pacchetto di prova in modo che il perno conduttore centrale viene allineato sopra il cuscinetto di contatto scheda corrispondente fan-out. Applicare una maschera di saldatura per la protezione contro cortocircuiti e applicare saldatura nella regione del perno conduttore centrale. Posizionare il pacchetto su una piastra calda e riscaldare a 200 ° C per ~ 5 minuti per fondere la saldatura. Lasciate raffreddare e poi togliere la maschera di saldatura. </li><li> Montare il chip risonatore in tali che le pastiglie di uscita linea di alimentazione on-chip e di input sono vicini e allineati al corrispondente scheda complanare guida d&#39;onda fan-out (CPW) linee cavità pacchetto di rame Au-rivestito. Fissare il chip con le clip di rame che fanno contatto ai bordi degli angoli del chip. </li><li> Posizionare superconduttori wire bond Al tra la scheda di fan-out e on-chip cuscinetti di contatto. Posizionare un numero massimo (~ 4 nel caso presentato qui - vedere <strong&gt; Figura 4) di ~ 500-600 micron-lunghi, ~ wire bond da 250 micron-in-altezza, per fornire corrispondenza di impedenza tra l&#39;ingresso connettore SMA e le uscite e la linea di alimentazione CPW on-chip. </li><li> Dopo wire-bonding, con un multimetro verificare la resistenza DC tra i perni centrali dei connettori di ingresso e di uscita, e tra un perno centrale e di terra, per confermare vi è un collegamento elettrico tra i due pin centrali e una connessione aperta tra il centro la linea e la terra. </li></ol> 3. Procedura per l&#39;installazione di microonde risonatore in un criogenico Elio-3 Microonde Testbed <ol><li> Assemblare il banco di prova come nella configurazione illustrata in figura 2, in cui una serie di cavi SMA vengono instradate da RT alla fase a freddo 0,3-K dove verrà montato il dispositivo. </li><li> Installazione di rame (Cu) e cavi superconduttori di niobio-titanio (NbTi) come mostrato in Figura 2 per fornire una bassa perdita di microonde e, incaso dei cavi NbTi, una bassa conducibilità termica. Utilizzare i cavi NbTi come un taglio termico tra il 2-K e 0,3 K-fasi. </li><li> Montare un amplificatore hemt criogenico (HEMT) nella fase 2-K sulla linea di uscita per l&#39;amplificazione a basso rumore nella banda del dispositivo risuonatore e installare un circolatore. </li><li> Inserire un circolatore criogenica sulla linea di uscita in ingresso a questo amplificatore. </li><li> Montare i dispositivi risonatore confezionati su una staffa imbullonata alla fase a freddo 0,3-K. </li><li> Collegare un attenuatore microonde sul lato di ingresso del pacchetto di prevedere terminazione abbinato e collegare i cavi SMA appropriati a questo ingresso attenuatore ed uscita pacchetto. Assicurarsi che queste terminazioni impedenza controllata sono ben abbinati e sono più vicino possibile al dispositivo in prova possibile - definiscono il &quot;piano di calibrazione del dispositivo&quot; (vedi figura 2). </li><li> Primo piano del criostato. Seguire la procedura standard per il raffreddamento del dispositivos a 0,3 K. </li></ol> 4. Procedura per microonde Resonator Misure <ol><li> Impostare la VNA per la scansione su una banda di frequenze (10 MHz - 8 GHz, per il dispositivo qui considerato) alle frequenze disegno dispositivo sottoposto a test. Regolare i livelli di potenza sul VNA a livelli adatti per il dispositivo in prova (~ -30 dBm, per il dispositivo qui considerato). NOTA: Assicurarsi che il livello di potenza RF in ingresso è sufficientemente bassa in modo da non superare la corrente critica del risonatore superconduttore microonde e superconduttore feedline. Assicurarsi che il livello di potenza è sufficientemente elevato da fornire un adeguato rapporto segnale-rumore. </li><li> Calibrare i cavi RF flessibili seguendo la procedura standard Short-Open-Load-Thru (SOLT), seguendo le indicazioni VNA software presenti nel manuale VNA. Inserire in cortocircuito, aperto, chiuso e attraverso standard all&#39;uscita di ciascuno dei cavi flessibili, quale percorso dalla analizzatore di rete vettoriale e che in seguito saranno collegata all&#39;ingressodel criostato per le misurazioni. Questa calibrazione definisce il &quot;piano di riferimento strumento&quot; (ad esempio, vedere la Figura 2). </li><li> Seguendo questa calibrazione SOLT, verificare la fedeltà della calibrazione confermando che la trasmissione, S 21, con il tramite linea collegata misurata con il VNA, ha bassi errori residui (cioè, la risposta è a ~ livello 0 dB e S 11 e S 22 sono basse, ad esempio, ≤ -50 dB). </li><li> Collegare i cavi flessibili per le linee di ingresso e di uscita del criostato. </li><li> Accendere l&#39;amplificatore a microonde criogenico applicando la tensione di polarizzazione CC richiesta come specificato nella documentazione aziendale fornito per l&#39;amplificatore a microonde. </li><li> In primo luogo, completare una scansione a banda larga di VNA (10 MHz - 8 GHz, per il dispositivo considerato qui) per osservare la struttura di base S 21 e per cercare eventuali alta Q tagliente &lt;/ Em&gt; strutture indicativi di risonatori a microonde. </li><li> Poi, restringere la gamma di frequenza (a ~ di 2 - 4 GHz, per il dispositivo qui considerato) e regolare il numero di punti di dati (~ 30.000 per il dispositivo qui considerato) del VNA per la scansione sulla banda risonatore. Utilizzare una banda di frequenze sufficientemente ampia per fornire un adeguato lasso di base per attacchi successivi per questa linea di base per effettuare una calibrazione in-situ (vedi la discussione in Introduzione). NOTA: A seconda del livello di rumore, aumentare il numero di calze, o ridurre la larghezza di banda IF per migliorare il rapporto segnale-rumore. </li><li> Salvare queste scansioni di dati VNA dei dati di trasmissione complessi di presentare istanza di post-misurazione di calibrazione in situ, e l&#39;analisi e l&#39;estrazione dei fattori di qualità e frequenze di risonanza. 11 </li></ol>

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</ol>

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

Il processo di fabbricazione singolo-flip fornisce un mezzo per realizzare risonatori superconduttivi su entrambi i lati di un sottile singolo cristallo substrato di Si 0,45 micron. Uno può essere motivati ​​a utilizzare un singolo cristallo Si dielettrico perché ha più di un ordine di grandezza minore perdita di dielettrici depositati (come Si 3 N 4) con tangenti perdita nell&#39;intervallo 4,0-6,5 GHz &lt;1 x 10 - 5. 23-24 La capacità di modello presenta su entrambi i lati d...

I progressi nella strumentazione astrofisica hanno recentemente introdotto superconduttori risonatori a microonde per il rilevamento di luce infrarossa 1 -. 4 A superconduttore risuonatore risponderà alla radiazione infrarossa di energia E = hv&gt; 2Δ (dove h è la costante di Planck, v è la frequenza di radiazione e Δ è l&#39;energia gap superconduttore). Quando il risonatore viene raffreddato ad una temperatura ben al di sotto della temperatura critica superconduttore, questa radiazione incidente rompe coppie di Cooper nel volume risonatore e genera eccitazioni quasiparticella. L&#39;aumento della densità di eccitazioni quasiparticella cambia l&#39;induttanza cinetica, e quindi l&#39;impedenza complessa superficie del superconduttore. Questa risposta ottica è osservato come uno spostamento nella frequenza di risonanza di frequenza inferiore e una riduzione del fattore di qualità del risonatore. Nella canonica schema di read-out per un forno a microonde vaccherivelatore induttanza tic (MKID), il risonatore è accoppiato ad una linea di alimentazione a microonde e un monitoraggio del complesso di trasmissione attraverso la linea di alimentazione in un singolo tono frequenza delle microonde sulla risonanza. Qui, la risposta ottica è osservato come una variazione sia l&#39;ampiezza e la fase di trasmissione di 5 (Figura 1). Schemi di frequenza-dominio multiplexing sono in grado di leggere le schiere di migliaia di risonatori. 6-7 Per progettare e realizzare strumentazione basata superconduttore-risonatore con successo, le proprietà di queste strutture risonanti devono essere caratterizzati in modo accurato ed efficiente. Ad esempio, misure di precisione delle caratteristiche di rumore, fattori di qualità Q, frequenze di risonanza (compresa la loro dipendenza dalla temperatura) e le proprietà ottiche di risposta risonatori superconduttori sono desiderati nel contesto MKID fisica dei dispositivi, 8 quantum computing, 9 e la determinazione di bassa TEmateriali mperature proprietà. 10 In tutti questi casi, la misurazione dei parametri di scattering trasmissione complessi del circuito è desiderato. Questo lavoro si concentra sulla determinazione del coefficiente di trasmissione complessa del risuonatore, S 21, la cui ampiezza e di fase può essere misurata con un analizzatore di rete vettoriale (VNA). Idealmente, il piano di riferimento VNA (o porto test) sarebbe direttamente collegato al dispositivo in prova (DUT), ma un ambiente criogenico normalmente richiede l&#39;utilizzo di strutture di linea di trasmissione supplementari per realizzare un taglio termico tra RT (~ 300 K) e la fase fredda (~ 0,3 K in questo lavoro, vedi fig ure 2). Ulteriori componenti a microonde, quali accoppiatori direzionali, circolatori, isolatori, amplificatori, attenuatori, e cavi di interconnessione associati possono essere necessari per preparare in modo appropriato, eccitare, leggere e pregiudizi il dispositivo di interesse. Ilvelocità di fase e le dimensioni di questi componenti variano durante il raffreddamento da stanza a temperature criogeniche, e quindi influenzano la risposta osservata al piano di calibrazione del dispositivo. Questi componenti che intervengono tra lo strumento e l&#39;influenza piano di calibrazione dispositivo complesso guadagno e hanno bisogno di essere adeguatamente rappresentato in sede di interpretazione della risposta misurata. 11 In teoria, un sistema è necessario che imposta il piano di riferimento di misura, identico a quello impiegato durante la calibrazione, al DUT. Per raggiungere questo obiettivo, si potrebbe misurare gli standard di calibrazione su più cool-bassi; tuttavia, questo pone vincoli sulla stabilità del VNA e la ripetibilità dello strumento criogenico, che sono difficili da raggiungere. Per attenuare queste preoccupazioni, si potrebbe posizionare gli standard necessari per l&#39;ambiente di test raffreddato e passare da uno all&#39;altro. Questo è, ad esempio, simile a quello che si trova in stazioni sonda a microonde, Dove gli standard campione e calibrazione vengono raffreddate a 4 K da un flusso continuo di elio liquido o un sistema a ciclo chiuso di refrigerazione. 12 Questo metodo è stato dimostrato a temperature sub-Kelvin, ma richiede una bassa potenza, ad alte prestazioni interruttore microonde nella Test banda di interesse. 13 Una procedura di calibrazione in-situ è quindi desidera che rappresenta la risposta di trasmissione strumentale tra il piano di riferimento VNA e il piano di calibrazione del dispositivo (fig ure 2) e che superi le limitazioni dei metodi sopra descritti. Questo metodo di taratura criogenico, presentato e discusso in dettaglio in Cataldo et al. 11, permette di caratterizzare più risonatori su un&#39;ampia gamma di frequenza rispetto alla larghezza della linea risonatore e spaziatura tra risonatore con una precisione di ~ 1%. Questo articolo si concentrerà sui dettagli del fabbricazione campione e preparazioneprocessi arazione, sperimentali procedure di prova di set-up e di misurazione utilizzati per caratterizzare risonatori a microonde superconduttori con geometrie linea planare. 11

<table><tbody><tr><td colspan="4">Protocollo Sezione 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 wafer</td><td>SOITec</td><td></td><td>Fabbricato con processo SmartCutTM</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% ( esclude Ta)</td></tr><tr><td>E-6 incisione del metallo con 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>Adesivo a bassa temperatura</td></tr><td colspan="4">Protocollo Sezioni 3-4Amplificatore criogenico a microonde MITEQ AF S3-02000400-08-CR-4 2-4 GHz, guadagno ~30&nbsp;<tr></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> dB</td></tr><tr><td>NbTi Cavi SMA semirigidi</td><td>Coax. Co.</td><td>SC-086/50-NbTi-NbTi</td><td></td></tr><tr><td>Circolatore</td><td>PamTech</td><td>CTD1229K</td><td>perdita di ritorno > -20 dB da 2-4 GHz</td></tr><tr><td>Attenuatore RF</td><td>Weinschel</td><td>Model-4M</td><td>7 dB attenuazione</td></tr><tr><td>Cavi SMA flessibili</td><td>Teledyne-Storm</td><td>R94-240</td><td>ACCU-TEST</td></tr><tr><td>Analizzatore di rete vettoriale</td><td>Agilent</td><td>N5242A PNA-X</td><td></td></tr><tr><td>Liquido He-4 criogeno</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Criogeno liquido N2</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

fabbricazione e caratterizzazione di superconduttori risonatori

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Superconduttori risonatori a microonde sono di interesse per una vasta gamma di applicazioni, tra cui per il loro uso come rivelatori microonde induttanza cinetica (MKIDs) per il rilevamento di firme astrofisici deboli, nonché per applicazioni di calcolo quantistica e caratterizzazione dei materiali. In questo lavoro, le procedure sono presentati per la fabbricazione e la caratterizzazione di film sottile risonatori a microonde superconduttore. La metodologia di fabbricazione permette la realizzazione di superconduttore risonatori trasmissione linea con le caratteristiche su entrambi i lati di un atomicamente liscio dielettrico silicio monocristallino. Questo lavoro descrive la procedura per l&#39;installazione dei dispositivi risonatore in un forno testbed criogenico e raffreddamento sotto della temperatura di transizione superconduttore. Il set-up del microonde testbed criogenico permette di fare misurazioni accurate del complesso trasmissione microonde di questi dispositivi risonatori, consentendo l&#39;estrazione della properties delle linee superconduttori e substrato dielettrico (ad esempio, fattori di qualità interni, perdita e frazioni induttanza cinetica), che sono importanti per la progettazione del dispositivo e le prestazioni.

La risposta di una semionda Mo 2 risonatore N (Figura 5) fabbricato su un dielettrico di silicio monocristallino 0,45 micron è stato convalidato con questa metodologia. In questo caso, l&#39;accoppiamento ad una guida d&#39;onda Nb complanare (CPW) linea di alimentazione per il read-out è ottenuta tramite l&#39;accoppiamento capacitivo attraverso un SiO 2 dielettrico polverizzazione depositato, nel &quot;H&quot; regione sagomata in una delle estremi...

Superconduttori risonatori a microonde sono di interesse per il rilevamento di applicazioni calcolo quantistico leggeri e caratterizzazione dei materiali. Questo lavoro presenta una procedura dettagliata per la fabbricazione e la caratterizzazione di superconduttori a microonde parametri risuonatore di scattering.

Fabbricazione e caratterizzazione di superconduttori risonatori

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

L'obiettivo generale di questa procedura è la fabbricazione di risonatori a microonde superconduttori e la caratterizzazione dei loro parametri di scattering. Questo metodo consente di progettare e realizzare strumentazione superconduttrice mediante la canalizzazione di linee superconduttrici sul substrato elettrico. Ad esempio, possono essere misurati i fattori di qualità interni, le frazioni di perdita e le connessioni di queste ultime. Il vantaggio principale di queste tecniche è che permettono la realizzazione di risonatori superconduttori su entrambi i lati di un substrato in silicio, consentendo misurazioni precise.Le implicazioni di questa tecnica si estendono a un'ampia gamma di applicazioni, tra cui rivelatori a induttanza cinetica per la rilevazione di deboli segnali astrofisici, nonché applicazioni nel calcolo quantistico e nella caratterizzazione dei materiali. Per iniziare, su un wafer di silicio su isolante appena pulito, si deposita per centrifugazione uno strato di resist foto-sensibile a 4.000 giri al minuto per 30 secondi.Successivamente, depositare il germanio mediante fascio elettronico sul wafer. Poi, applicare per centrifugazione uno strato sottile di resist foto-sensibile a 2.000 giri al minuto per 30 secondi e quindi cuocere il wafer su una piastra riscaldata a 110 gradi Celsius per un minuto. A questo punto, utilizzare un allineatore con maschera per esporre il resist foto-sensibile.E spruzzare sulla soluzione sviluppatrice a base di TMAH. Il passaggio successivo consiste nell'effettuare un'incisione a ioni reattivi dello strato di germanio realizzato, utilizzando plasma di esafluoruro di zolfo e ossigeno a 70 watt. A questo punto, rimuovere tramite asher il livello sottostante di fotoresist con plasma di ossigeno all'interno di un incisore a ioni reattivi per ottenere un sottocut del fotoresist.Successivamente, utilizzando un magnetron in corrente continua, effettuare un deposito per sputtering di un piano di massa in niobio sul wafer con 3,7 millitor di argon a 500 watt. Quindi, rimuovere il piano di massa immergendo il wafer in acetone per quattro ore. Successivamente, applicare per spin coating BCB sul wafer rivestito di niobio a 4.000 giri al minuto per 30 secondi e quindi ripetere l'operazione con un nuovo wafer di silicio.Ora, unire le due superfici rivestite con BCB applicando una pressione di tre bar a 200 gradi celsius. Successivamente, capovolgere l'impilamento di wafer e iniziare la lavorazione della faccia posteriore del wafer di silicio su isolante. Incidere il wafer di silicio di supporto mediante lappatura meccanica con una sospensione di ossido di alluminio composta da 150 millilitri di polvere di ossido di alluminio, diametro di 30 micron, e 1.500 millilitri di acqua.Impostare la rotazione della piastra di lucidatura a 45 giri/min e lasciare agire da due a quattro ore. Il passaggio più critico è l'assottigliamento della pastiglia mediante lucidatura meccanica. Questo perché durante il primo ciclo di fabbricazione, il 50% delle pastiglie si è rotto.Il problema della rottura è stato attenuato applicando un nastro a rilascio termico sul retro delle piastrine. Successivamente, utilizzare il processo Bosh per effettuare un'incisione ionica reattiva profonda sulla piastrina di silicio rimanente. Incidere lo strato di ossido di silicio sepolto con acido fluoridrico diluito uno a dieci in acqua per 20 minuti.Continuare a utilizzare le stesse tecniche per depositare ed incidere uno strato di nitruro di molibdeno, seguito dall'aggiunta di un ulteriore strato di germanio. In questo modo si realizza il risonatore a linea di microstriscia. Per questa procedura, preparare un pacchetto di prova costituito da una cavità in rame rivestita d'oro e una scheda di espansione a microonde con impedenza controllata per indirizzare i segnali tra il chip e i connettori di tipo sub-miniatura A (SMA).I connettori SMA sono stati precedentemente inseriti nell'ingresso e nell'uscita di questo pacchetto di prova, allineando il perno del conduttore centrale e successivamente saldandolo al relativo pad di contatto della scheda di fan-out. Il chip del risonatore è stato precedentemente montato nella cavità del pacchetto in rame rivestito d'oro, posizionando i pad di ingresso e uscita della linea di alimentazione sul chip accanto alle corrispondenti linee CPW della scheda di fan-out. Il chip deve essere fissato con clip di rame, che entrano in contatto con i bordi del chip.In precedenza, sono stati posizionati dei collegamenti in filo di alluminio superconduttivo tra la scheda di fan-out e i pad di contatto sul chip, utilizzando tanti collegamenti quanti necessari per adattare l'impedenza tra l'ingresso e le uscite del connettore SMA e la linea di alimentazione CPW sul chip. Dopo il wire bonding, utilizzando un multimetro, verificare la resistenza in corrente continua tra i pin centrali dei connettori di ingresso e di uscita, e tra un pin centrale e massa, per confermare che vi sia una connessione elettrica tra i due pin centrali e una connessione aperta tra la linea centrale e massa.Il banco di prova è assemblato con una serie di cavi SMA che partono dalla temperatura ambiente fino a un livello freddo a 0,3 kelvin dove verrà montato il dispositivo. Vengono utilizzati cavi in rame e in niobio titanio superconduttore per minimizzare le perdite di microonde. Per ottenere una rottura termica tra il livello a due kelvin e quello a 0,3 kelvin, si utilizzano cavi in niobio titanio.Per un'amplificazione a basso rumore nella banda del dispositivo risonatore, un amplificatore criogenico a transistor ad alta mobilità di elettroni viene montato sullo stadio a due kelvin sulla linea di uscita. Si noti inoltre che sulla linea di uscita, all'ingresso di questo amplificatore, è presente un circolatore criogenico. Sullo stadio freddo a 0,3 kelvin, montare i dispositivi risonatori confezionati sul supporto fissato con bulloni.Successivamente, collegare un attenuatore a microonde sul lato di ingresso del pacchetto per fornire un terminale adattato. Quindi, collegare i cavi SMA appropriati all'ingresso dell'attenuatore e all'uscita del pacchetto. Questi terminali definiscono il piano di calibrazione del dispositivo.Ora chiudere il criostato e seguire la procedura standard utilizzata per raffreddare i dispositivi a 0,3 kelvin. Per iniziare, configurare l'analizzatore di rete (VNA). Eseguire una scansione tra 10 megahertz e 8 gigahertz o una banda simile ampia, assicurandosi che il livello di potenza non superi la corrente critica del risonatore a microonde superconduttivo e della linea di alimentazione superconduttiva.Regolare il livello di potenza a circa meno 30 decibel milliwatt, o a un livello similmente adeguato che fornisca un rapporto segnale-rumore sufficiente. Successivamente, calibrare i cavi flessibili a radiofrequenza seguendo la procedura standard di cortocircuito, circuito aperto, carico e attraversamento. Utilizzare il software del VNA come indicato dal produttore.Questa calibrazione definisce il piano di riferimento dello strumento. Dopo la calibrazione, verificarne la fedeltà confermando la trasmissione S21 con la linea di attraversamento collegata. La risposta misurata dell'analizzatore di rete vettoriale (VNA) dovrebbe presentare errori residui bassi, vicini a 0 decibel per S11, mentre S22 dovrebbe essere inferiore a meno 50 decibel.Successivamente, collegare i cavi flessibili alle linee di ingresso e uscita del criostato. Quindi, accendere l'amplificatore criogenico per microonde applicando la tensione di polarizzazione in corrente continua specificata dal produttore per l'amplificatore a microonde. Dopodiché, iniziare le misurazioni.Prima di tutto, eseguire una scansione a banda larga per osservare la struttura della baseline di S21 e cercare eventuali strutture acute ad alto Q, indicative di risonatori a microonde. Successivamente, ridurre l'intervallo di banda di frequenza. Renderlo sufficientemente ampio da fornire una baseline adeguata per i successivi adattamenti e la calibrazione inseech-you.Quindi regolare il numero di punti dati. In questo caso, a circa 30.000. Un risonatore a onda semi-molybdeno nitrurato è stato fabbricato su entrambi i lati di un dielettrico in silicio monocristallino di 0,45 micron.Il dielettrico è stato accoppiato a una linea di alimentazione a guida d'onda coplanare al niobio per la lettura tramite un accoppiamento capacitivo attraverso un dielettrico di ossido di silicio depositato per sputtering. Questo appare come la regione a forma di otto a una delle estremità aperte del risonatore. Il modulo del coefficiente di trasmissione misurato, S21 di questa linea di alimentazione, al piano di riferimento dell'analizzatore di rete vettoriale (VNA), è stato misurato in funzione della frequenza.In corrispondenza della frequenza di risonanza di ogni risonatore, un minimo nell'ampiezza della trasmissione indica che la potenza a microonde è stata accoppiata ai risonatori. Seguendo queste procedure, i dati raccolti possono essere analizzati mediante un metodo di calibrazione inseech-you per estrarre i parametri elettromagnetici dettagliati dei risonatori di interesse. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica di fabbricazione ha aperto la strada ai ricercatori nel campo dei rivelatori a conduttanza cinetica a microonde per sviluppare nuove architetture di rivelatori ultra-low loss.

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