초전도 공진기의 제조 및 특성

이 절차의 전반적인 목표는 초전도 마이크로파 공진기를 제작하고 산란 매개변수를 특성화하는 것입니다. 이 방법을 사용하면 전기 기판에 초전도 라인의 카테터 삽입을 통해 초전도체 주입을 설계하고 구현할 수 있습니다. 예를 들어, 내부 품질 요소, 손실 분율 및 이러한 위반 연결의 주요 장점은 실리콘 기판의 양쪽에서 초전도 공진기를 실현할 수 있어 정확한 측정이 가능하다는 것입니다.

이 기술의 의미는 희미한 천체 물리학 신호의 감지를 위한 운동 인덕턴스 검출기, 양자 컴퓨팅 응용 프로그램 및 재료 특성화를 포함한 광범위한 응용 분야로 확장됩니다. 시작하려면 insulater 웨이퍼에서 갓 세척한 실리콘에 올려 놓습니다. 4, 000rpm에서 30초 동안 포토레지스트 층을 스핀 코팅합니다.

다음으로, 전자빔이 게르마늄을 웨이퍼에 증착합니다. 다음으로, 30 초 동안 2, 000 rpm에서 얇은 포지션 포토 레지스트 층을 회전 한 다음 110 섭씨 핫 플레이트에서 웨이퍼를 1 분 동안 굽습니다. 이제 마스크 얼라이너를 사용하여 포토레지스트를 노출시킵니다.

그리고 디스트레 TMAH 기반 솔루션에 스프레이합니다. 다음 단계는 70와트에서 육불화황과 산소 플라즈마로 제작된 게르마늄 층을 반응성 이온 에칭하는 것입니다. 이제 반응성 이온 에칭기 내부의 산소 플라즈마로 밑에 있는 광저항층을 재로 만들어 광저항을 언더컷으로 만듭니다.

다음으로, DC 마그네트론을 사용하여 500와트에서 3.7밀리터의 아르곤으로 웨이퍼에 니오비암 접지면을 스퍼터링합니다. 그런 다음 웨이퍼를 아세톤에 4시간 동안 담가 접지면에서 들어 올립니다. 다음으로, 30초 동안 4, 000 rmp의 속도로 니오븀 코팅 웨이퍼에 BCB를 스핀 코팅한 다음 새 실리콘 웨이퍼로 동일한 작업을 수행합니다.

이제 섭씨 200도에서 세 개의 압력 막대와 함께 두 개의 BCB 코팅 표면을 접착합니다. 다음으로, 웨이퍼 스택을 뒤집고 절연체 웨이퍼에서 실리콘 뒷면 처리를 시작합니다. 150 밀리리터의 산화 알루미늄 분말, 30 미크론 직경 및 1, 500 밀리리터의 물로 구성된 산화 알루미늄 슬러리로 기계적 랩핑을 사용하여 실리콘 핸들 웨이퍼를 에칭합니다.

랩핑 플레이트의 회전을 45rpm으로 설정하고 2-4시간 동안 그대로 두십시오. 가장 중요한 단계는 기계적 랩핑을 통해 웨이퍼를 얇게 만드는 것입니다. 이는 첫 번째 제작 과정에서 웨이퍼의 50%가 파손되었기 때문입니다.

파손 문제는 웨이퍼 뒷면에 열 방출 테이프를 적용하여 완화되었습니다. 다음으로, Bosh Process를 사용하여 나머지 실리콘 핸들 웨이퍼를 심층 반응성 이온 에칭합니다. 매몰된 산화규소층을 물에 1:10로 희석한 불산으로 20분 동안 에칭합니다.

동일한 기술을 계속 사용하여 질화 몰리브덴 층을 증착하고 에칭 한 다음 다른 게르마늄 층을 추가하십시오. 따라서 마이크로스트립 라인 공진기를 제작합니다. 이 절차를 위해 금도금 구리 캐비티 테스트 패키지와 제어 임피던스 마이크로파 팬아웃 보드를 준비하여 칩과 초소형 버전 A 또는 SMA 커넥터 사이의 신호를 루팅합니다.

SMA 커넥터는 이전에 중심 도체 핀이 정렬된 상태로 이 테스트 패키지의 입력 및 출력에 삽입된 다음 해당 팬아웃 보드 접촉 패드에 납땜되었습니다. 공진기 칩은 이전에 금도금 구리 패키지 캐비티에 장착되었으며, 해당 팬아웃 보드 CPW 라인 옆에 온칩 피드 라인 출력 및 입력 패드가 있습니다. 칩은 칩 가장자리와 접촉하는 구리 클립으로 고정해야 합니다.

초전도성 알루미늄 와이어 본드는 이전에 팬아웃 보드와 온칩 접촉 패드 사이에 배치되었으며, SMA 커넥터 입력 및 출력과 온칩 CPW 공급 라인 간의 임피던스 일치에 필요한 만큼의 본드가 있었습니다. 와이어 본딩 후 멀티미터를 사용하여 입력 및 출력 커넥터의 중앙 핀 사이의 DC 저항을 확인합니다. 그리고 중앙 핀과 접지 사이에 두 개의 중앙 핀을 가로지르는 전기 연결과 중심선과 접지 사이에 열린 연결이 있는지 확인합니다.

테스트 베드는 실온에서 루팅된 일련의 SMA 케이블로 조립되어 장치가 장착될 0.3켈빈 콜드 스테이지로 조립됩니다. 구리 및 초전도성 니오븀 티타늄 케이블은 마이크로파 손실을 최소화하는 데 사용됩니다. 두 켈빈과 0.3켈빈 스테이지 사이의 열 차단을 위해 니오븀 티타늄 케이블이 사용됩니다.

공진기 장치의 대역에서 저잡음 증폭을 위해 극저온 고전자 이동도 트랜지스터 증폭기가 출력 라인의 2켈빈 스테이지에 장착됩니다. 또한 출력 라인의 이 증폭기에 대한 입력에는 극저온 순환기가 있습니다. 0.3켈빈 콜드 스테이지에서 패키지된 공진기 장치를 볼트 체결 브래킷에 장착합니다.

다음으로, 패키지의 입력 측에 마이크로파 감쇠기를 연결하여 일치하는 종단을 제공합니다. 그런 다음 적절한 SMA 케이블을 이 감쇠기 입력 및 패키지 출력에 연결합니다. 이러한 종단은 장치 교정 평면을 정의합니다.

이제 저온 유지 장치를 닫고 장치를 0.3켈빈으로 냉각하는 데 사용되는 표준 절차를 따릅니다. 시작하려면 VNA를 설정합니다. 10메가헤르츠에서 8기가헤르츠 사이 또는 이와 유사한 광대역을 스캔하여 전력 수준이 초전도 마이크로파 공진기 및 초전도 공급 라인의 임계 전류를 초과하지 않도록 합니다.

전력 수준을 약 마이너스 30데시벨 밀리와트 또는 적절한 신호 대 잡음 비율을 제공하는 유사하게 적절한 수준으로 조정합니다. 다음으로, 절차를 통해 표준 단락 개방 부하에 따라 유연한 무선 주파수 케이블을 교정합니다. 제조업체의 지시에 따라 VNA 소프트웨어를 사용합니다.

이 보정은 기기 기준면을 정의합니다. 교정 후 스루 라인이 연결된 상태에서 전송 S21을 확인하여 충실도를 확인합니다. 측정된 VNA 응답은 잔류 오류가 낮아야 하며, S11과 S22는 모두 영하 50데시벨 미만으로 측정되어야 합니다.

다음으로, 유연한 케이블을 저온 유지 장치의 입력 및 출력 라인에 연결합니다. 그런 다음 극저온 마이크로파 증폭기를 켜서 제조업체가 지정한 DC 바이어스 전압을 인가하여 증폭기를 켭니다. 그런 다음 측정을 시작합니다.

먼저, 광대역 스캔을 완료하여 S21 베이스라인 구조를 관찰하고 마이크로파 공진기를 나타내는 날카로운 high-Q 구조를 찾습니다. 그런 다음 주파수 대역 범위를 좁힙니다. 나중에 적합하고 교정을 위해 적절한 기준선을 제공할 수 있을 만큼 충분히 넓게 만드십시오.

그런 다음 데이터 점의 수를 조정합니다. 이 경우 약 30,000 개입니다. 반파 질화 몰리브덴 공진기는 0.45 미크론 단결정 실리콘 유전체의 양면에 제작되었다.

유전체는 스퍼터링된 증착된 실리콘 산화물 유전체를 통한 용량성 커플링을 통해 판독하기 위해 니오듐 공동 플레이너 도파관 공급 라인에 결합되었습니다. 이것은 공진기의 열린 끝 중 하나에서 8 개의 모양의 영역으로 보입니다. VNA 기준면에서 측정된 이 피드 라인의 S21 전송 계수의 크기는 주파수의 함수로 측정되었습니다.

각 공진기의 공진 주파수에서 전송 크기의 강하는 마이크로파 전력이 공진기에 결합되었음을 나타냅니다. 이러한 절차에 따라 수집된 데이터는 관심 전자기 매개변수에서 상세한 공진기를 추출하기 위해 inseech-you 보정 방법에 따라 분석될 수 있습니다. 개발 후,이 제조 기술은 마이크로파 운동 전도도 검출기 분야의 연구원들이 새로운 초저손실 검출기 북극 아키텍처를 개발할 수있는 길을 열었습니다.