Name: Wytwarzanie i charakterystyka rezonatorów nadprzewodzących (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-05-21T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 26 s
Description: Poznaj metodę wytwarzania nadprzewodzących rezonatorów mikrofalowych i charakteryzacji ich parametrów rozpraszania na podłożu krzemowym. Technika ta umożliwia precyzyjne pomiary i znajduje zastosowanie w obliczeniach kwantowych oraz detekcji sygnałów astrofizycznych.

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

Autorzy dziękują za wsparcie finansowe z programów ROSES i APRA Narodowej Agencji Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA). GC dziękuje również Uniwersyteckiemu Stowarzyszeniu Badań Kosmicznych za zarządzanie jego nominacją w NASA.

1. Produkcja rezonatora liniowego mikropaskowego14 (Rysunek 3)
<ol>
	<li>Wyczyść płytkę krzemowo-izolacyjną (SOI), która ma warstwę krzemu o grubości 0,45 μm, świeżo zmieszanym H2SO4:H2O2 (3:1) przez 10 minut. Następnie płucz wafel w wodzie dejonizowanej przez 10 minut i osusz pistoletem do azotu. Bezpośrednio przed dalszą obróbką zanurz wafel wH2O:HF (10:1) na 10 sekund i płucz w wodzie dejonizowanej przez 5 minut.</li>
	<li>Wykonaj maskę do podnoszenia, która składa się z germanu (Ge)/dodatniego fotorezystu, takiego jak S-1811. 15
	<ol>
		<li>Powlekaj płytkę rozcieńczoną dodatnią dwuwarstwą fotorezystu (2 części rozcieńczalnika-P: 1 część dodatniego fotorezystu) przy 4,000 obr./min przez 30 sekund, a następnie zdeponuj wiązką elektronów Ge.</li>
		<li>Wzór Ge za pomocą fotolitografii, najpierw nakładając heksametyldisilazan (HMDS) na płytkę przez 1 minutę, a następnie odkręcając nadmiar przy 3,000 obr./min przez 30 sekund.</li>
		<li>Wirować na rozcieńczonym dodatnim fotorezyście (2 części rozcieńczalnika-P : 1 część dodatniego fotorezystu) z prędkością 2,000 obr./min przez 30 sekund i piec na gorącej płycie przez 1 minutę w temperaturze 110 °C. Użyj nakładki do maski, aby naświetlić fotorezystor i spryskaj go roztworem na bazie wodorotlenku tetrametyloamonu.</li>
		<li>Jony reaktywne wytrawić Ge za pomocą plazmy SF6/O2 o mocy 70 W. Popiół pod spodem fotorezystu plazmąO2, aby uzyskać podcięcie fotorezystu.</li>
		<li>Niob (Nb) napylany magnetronem prądu stałego z 3,7 mT argonu (Ar) o mocy 500 W i podnieść go, umieszczając płytkę w zlewce wypełnionej acetonem na 4 godziny.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Powlekać przędzowo bisbenzocyklobuten (BCB) przy 4 000 obr./min przez 30 sekund na powierzchni płytki SOI pokrytej Nb i na jednej powierzchni innej płytki krzemowej. Połączyć ze sobą dwie powierzchnie pokryte BCB ciśnieniem 3 barów w temperaturze 200 °C.</li>
	<li>Ręcznie odwróć stos wafli do góry nogami, aby rozpocząć przetwarzanie tylnej strony wafla SOI.</li>
	<li>Wytrawić wafel silikonowy przez mechaniczne docieranie przy użyciu zawiesiny Al2O3, a następnie głębokie reaktywne trawienie jonowe w procesie Boscha. 16 Wytrawić zakopaną warstwę SiO2 za pomocą H2O:HF (10:1) przez 20 minut.</li>
	<li>Osadzanie azotku molibdenu (Mo2N) za pomocą napylania reaktywnego magnetronu prądu stałego o mocy 700 W i ciśnieniu 3,3 mT (ciśnienie parcjalne Ar:N2 = 7:1). Rezonatory wzorcowe wirując z prędkością 2 000 obr./min przez 30 sekund i wypiekając je w temperaturze 180 °C przez 2 minuty, a następnie wirując rozcieńczony dodatni fotorezyst (2 części rozcieńczalnika - P: 1 część dodatniego fotorezystu) z prędkością 2 000 obr./min przez 30 sekund. Wytworzyć fotorezystor w roztworze na bazie wodorotlenku tetrametyloamonu i popiół w reaktywnym wytrawiaczu jonowym. Wytrawić Mo2N roztworem na bazie kwasu fosforowego.</li>
	<li>Wytwarzanie maski unoszącej składającej się z dwuwarstwy Ge/PMMA poprzez wirowanie na polimetakrylanie metylu (PMMA) z prędkością 5,000 obr./min przez 30 sekund i wypalanie go w temperaturze 180 °C przez 2 minuty, a następnie osadzanie Ge. Napylać Nb linie transmisyjne i podnosić w acetonie (patrz krok 1.2 z wyjątkiem tego, że dodatni fotorezyst jest podstawiony przez PMMA).</li>
	<li>W niektórych przykładach wykonania rozpylanie o częstotliwości radiowej (RF) osadza SiO2, modeluje go poprzez wirowanie z dodatnim fotorezystem i wytrawianie w roztworze na bazie kwasu fluorowodorowego. Następnie zdejmij cienką warstwę Nb nałożoną na natryskiwanie za pomocą germanowej/dodatniej maski fotorezystkowej, jak opisano w kroku 1.2.</li>
</ol>
2. Procedura instalacji chipa rezonatora mikrofalowego w pakiecie testowym
<ol>
	<li>Zaprojektuj i obrób maszynowo pakiet testowy składający się z miedzianej wnęki pokrytej złotem (Au) (z podstawą i pokrywą), która odpowiada wymiarom chipa rezonatora, lokalizacjom wejścia i wyjścia linii zasilającej. UWAGA: Rozmiar wnęki obudowy powinien być określony tak, aby obsługiwał pracę w jednym trybie z minimalnym sprzężeniem pasożytniczym w paśmie zainteresowania.</li>
	<li>Zaprojektuj i wyprodukuj płytkę wentylatora mikrofalowego o kontrolowanej impedancji17 do kierowania sygnałów między chipem a złączami Sub-Miniature w wersji A (SMA).</li>
	<li>Włóż złącza SMA do wejścia i wyjścia pakietu testowego tak, aby środkowy styk przewodu był wyrównany z odpowiednią podkładką stykową płytki wentylatora. Nałożyć maskę lutowniczą w celu ochrony przed zwarciem i nałożyć lut w obszarze środkowego pinu przewodu. Umieść opakowanie na płycie grzejnej i podgrzewaj do 200 °C przez ~5 minut, aby stopić lut. Pozostaw do ostygnięcia, a następnie zdejmij maskę lutowniczą.</li>
	<li>Zamontuj chip rezonatora w miedzianej wnęce pakietu pokrytego Au tak, aby wyjście linii zasilającej i pola wejściowe na chipie były blisko i wyrównane z odpowiednimi liniami falowodu współpłaszczyznowego (CPW) na płycie wentylatora. Zabezpiecz chip miedzianymi klipsami, które stykają się na krawędziach rogów chipa.</li>
	<li>Umieść nadprzewodzące połączenia drutowe Al między płytą wentylatora a podkładkami kontaktowymi na chipie. Umieść maksymalną liczbę (~4 w przedstawionym tutaj przypadku - patrz rysunek 4) połączeń drutowych o długości ~500-600 μm i wysokości ~250 μm, aby zapewnić dopasowanie impedancji między wejściem i wyjściem złącza SMA a linią zasilającą CPW na chipie.</li>
	<li>Po połączeniu przewodów za pomocą multimetru sprawdź rezystancję prądu stałego między środkowymi pinami złączy wejściowych i wyjściowych oraz między środkowym pinem a masą, aby potwierdzić, że istnieje połączenie elektryczne między dwoma środkowymi pinami i otwarte połączenie między linią środkową a uziemieniem.</li>
</ol>
3. Procedura instalacji rezonatora mikrofalowego w kriogenicznym stanowisku testowym helu-3
<ol>
	<li>Zmontuj stanowisko testowe tak, jak w konfiguracji pokazanej na rysunku 2, w którym szereg SMA jest poprowadzony od RT do 0,3-K zimnego stopnia, w którym urządzenie zostanie zamontowane.</li>
	<li>Zainstaluj miedziane (Cu) i nadprzewodzące niobowo-tytanowe (NbTi), jak pokazano na rysunku 2, aby zapewnić niskie straty mikrofalowe i, w przypadku NbTi, niską przewodność cieplną. Użyj NbTi jako przegrody termicznej między stopniami 2-K i 0.3-K.</li>
	<li>Zamontuj kriogeniczny wzmacniacz tranzystora o wysokiej ruchliwości elektronów (HEMT) na stopniu 2-K na linii wyjściowej w celu wzmocnienia o niskim poziomie szumów w paśmie rezonatora i zainstaluj cyrkulator.</li>
	<li>Włóż cyrkulator kriogeniczny do linii wyjściowej na wejściu do tego amplifier.</li>
	<li>Zamontuj zapakowane rezonatory na wsporniku przykręconym do zimnego stopnia 0.3-K.</li>
	<li>Podłącz tłumik mikrofalowy po stronie wejściowej obudowy, aby zapewnić dopasowane zakończenie, a następnie podłącz odpowiednie SMA do tego wejścia tłumika i wyjścia pakietu. Upewnij się, że te zakończenia o kontrolowanej impedancji są dobrze dopasowane i znajdują się jak najbliżej testowanego urządzenia — definiują one "płaszczyznę kalibracji urządzenia" (patrz rysunek 2).</li>
	<li>Zamknij kriostat. Postępuj zgodnie ze standardową procedurą, aby schłodzić urządzenia do 0.3 K.</li>
</ol>
4. Procedura pomiarów rezonatora mikrofalowego
<ol>
	<li>Ustaw VNA tak, aby skanował w szerokim paśmie częstotliwości (10 MHz - 8 GHz, dla rozważanego tutaj urządzenia) na częstotliwościach projektowych testowanego urządzenia. Dostosuj poziomy mocy na VNA do poziomów odpowiednich dla testowanego urządzenia (~-30 dBm, dla rozważanego tutaj urządzenia). 
	UWAGA: Upewnij się, że poziom mocy wejściowej RF jest wystarczająco niski, aby nie przekroczyć krytycznego prądu nadprzewodzącego rezonatora mikrofalowego i nadprzewodzącego przewodu zasilającego. Upewnij się, że poziom mocy jest wystarczająco wysoki, aby zapewnić odpowiedni stosunek sygnału do szumu.</li>
	<li>Skalibruj elastyczne RF zgodnie ze standardową procedurą Short-Open-Load-Thru (SOLT), postępując zgodnie ze wskazówkami oprogramowania VNA znajdującymi się w instrukcji VNA. Wprowadzić zwarte, otwarte, zakończone i przelotowe wzorce na wyjściu każdego z elastycznych, które są prowadzone z wektorowego analizatora sieci i które później zostaną podłączone do wejścia kriostatu w celu pomiarów. Kalibracja ta określa "płaszczyznę odniesienia przyrządu" (np. patrz rysunek 2).</li>
	<li>Po tej kalibracji SOLT sprawdź wierność kalibracji, potwierdzając, że transmisja, S21, z podłączoną linią przelotową mierzoną z VNA, ma niskie błędy szczątkowe (tj. odpowiedź jest na poziomie ~0 dB, a S11 i S22 są niskie, np. ≤ -50 dB).</li>
	<li>Podłącz elastyczne do linii wejściowych i wyjściowych kriostatu.</li>
	<li>Włącz kriogeniczny wzmacniacz mikrofalowy, przykładając wymagane napięcie polaryzacji prądu stałego, jak określono w dostarczonej przez firmę dokumentacji wzmacniacza mikrofalowego.</li>
	<li>Najpierw wykonaj szerokopasmowe skanowanie VNA (10 MHz - 8 GHz, dla rozważanego tutaj urządzenia), aby zaobserwować strukturę podstawową S21 i poszukać wszelkich ostrych struktur o wysokim Q wskazujących na rezonatory mikrofalowe.</li>
	<li>Następnie zawęź zakres częstotliwości (do ~2 - 4 GHz, dla rozważanego tutaj urządzenia) i dostosuj liczbę punktów danych (~30 000 dla rozważanego tutaj urządzenia) VNA do skanowania w paśmie rezonatora. Użyj pasma częstotliwości wystarczająco szerokiego, aby zapewnić odpowiednią rozpiętość linii bazowej dla późniejszego dopasowania do tej linii bazowej w celu przeprowadzenia kalibracji in-situ (patrz omówienie we Wprowadzeniu). 
	UWAGA: W zależności od poziomu szumu zwiększ liczbę średnich lub zmniejsz przepustowość IF, aby poprawić stosunek sygnału do szumu.</li>
	<li>Zapisz te skany danych VNA złożonych danych transmisyjnych do pliku w celu kalibracji in-situ po pomiarze oraz analizy i ekstrakcji czynników jakości i częstotliwości rezonansowych. 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>

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Proces wytwarzania typu single-flip zapewnia środki do realizacji nadprzewodzących rezonatorów po obu stronach cienkiego podłoża monokryształu Si o grubości 0,45 μm. Do użycia monokryształowego dielektryka Si można zmotywować fakt, że ma on o ponad rząd wielkości mniejsze straty niż zdeponowane dielektryki (takie jak Si3N4) ze stycznymi strat w zakresie 4,0-6,5 GHz < 1 x 10-5. 23-24 Możliwość modelowania cech po obu stronach tego podłoża pozwala na zastosowanie konstrukcji rez...

Postępy w instrumentach astrofizycznych wprowadziły ostatnio nadprzewodzące rezonatory mikrofalowe do wykrywania światła podczerwonego. 1-4 Rezonator nadprzewodzący będzie reagował na promieniowanie podczerwone o energii E = hv > 2Δ (gdzie h to stała Plancka, v to częstotliwość promieniowania, a Δ to energia przerwy nadprzewodzącej). Kiedy rezonator jest schładzany do temperatury znacznie niższej od temperatury krytycznej nadprzewodnika, to padające promieniowanie rozbija pary Coopera w objętości rezonatora i generuje wzbudzenia kwazicząstek. Wzrost gęstości wzbudzeń kwazicząstek zmienia indukcyjność kinetyczną, a tym samym złożoną impedancję powierzchniową nadprzewodnika. Ta odpowiedź optyczna jest obserwowana jako przesunięcie częstotliwości rezonansowej na niższą częstotliwość i obniżenie współczynnika jakości rezonatora. W kanonicznym schemacie odczytu dla mikrofalowego detektora indukcyjności kinetycznej (MKID), rezonator jest sprzężony z mikrofalową linią zasilającą i monitoruje się złożoną transmisję przez tę linię zasilającą z pojedynczym tonem częstotliwości mikrofalowej na rezonansie. W tym przypadku odpowiedź optyczna jest obserwowana jako zmiana zarówno amplitudy, jak i fazy transmisji5 (rysunek 1). Schematy multipleksowania w dziedzinie częstotliwości są w stanie odczytywać tablice tysięcy rezonatorów. 6-7
Aby pomyślnie zaprojektować i wdrożyć oprzyrządowanie oparte na rezonatorze nadprzewodzącym, właściwości tych struktur rezonansowych muszą być dokładnie i efektywnie scharakteryzowane. Na przykład precyzyjne pomiary właściwości szumu, czynników jakości Q, częstotliwości rezonansowych (w tym ich zależności od temperatury) i właściwości odpowiedzi optycznej rezonatorów nadprzewodzących są pożądane w kontekście fizyki urządzeń MKID8, obliczeń kwantowych9 i określania właściwości materiałów niskotemperaturowych. 10
We wszystkich tych przypadkach pożądany jest pomiar złożonych parametrów rozpraszania transmisji obwodu. Praca ta koncentruje się na wyznaczeniu złożonego współczynnika transmisji rezonatora, S21, którego amplitudę i fazę można zmierzyć za pomocą wektorowego analizatora sieci (VNA). Idealnie byłoby, gdyby płaszczyzna odniesienia VNA (lub port testowy) była bezpośrednio podłączona do testowanego urządzenia (DUT), ale ustawienie kriogeniczne zwykle wymaga użycia dodatkowych struktur linii transmisyjnej w celu zrealizowania przerwy termicznej między RT (~300 K) a zimnym etapem (~0,3 K w tej pracy; patrz rys. 2). Dodatkowe komponenty mikrofalowe, takie jak sprzęgacze kierunkowe, cyrkulatory, izolatory, wzmacniacze, tłumiki i związane z nimi połączeniowe, mogą być potrzebne do odpowiedniego przygotowania, wzbudzenia, odczytu i odchylenia interesującego urządzenia. Prędkości fazowe i wymiary tych składników zmieniają się podczas chłodzenia z temperatury pokojowej do kriogenicznej, a zatem wpływają na obserwowaną odpowiedź w płaszczyźnie kalibracji urządzenia. Te elementy pośrednie między przyrządem a płaszczyzną kalibracji urządzenia wpływają na wzmocnienie zespolone i muszą być odpowiednio uwzględnione w interpretacji mierzonej odpowiedzi. 11
Teoretycznie potrzebny jest schemat, który ustawia płaszczyznę odniesienia pomiaru, identyczną z tą używaną podczas kalibracji, na testowanym urządzeniu. Aby osiągnąć ten cel, można mierzyć wzorce kalibracyjne przez wiele okresów schładzania; Stwarza to jednak ograniczenia w zakresie stabilności VNA i powtarzalności instrumentu kriogenicznego, które są trudne do osiągnięcia. Aby złagodzić te obawy, można umieścić niezbędne standardy w chłodzonym środowisku testowym i przełączać się między nimi. Jest to na przykład podobne do tego, co można znaleźć w stacjach sond mikrofalowych, gdzie próbka i wzorce kalibracyjne są schładzane do 4 K przez ciągły przepływ ciekłego helu lub system chłodzenia w cyklu zamkniętym. 12 Metoda ta została zademonstrowana w temperaturach poniżej kelwinów, ale wymaga przełącznika mikrofalowego o niskiej mocy i wysokiej wydajności w paśmie testowym. 13
Pożądana jest zatem procedura kalibracji in-situ, która uwzględnia instrumentalną reakcję transmisji między płaszczyzną odniesienia VNA a płaszczyzną kalibracji urządzenia (Rys. 2) i która pokonuje ograniczenia metod opisanych powyżej. Ta kriogeniczna metoda kalibracji, przedstawiona i szczegółowo omówiona w Cataldo i wsp.11, pozwala scharakteryzować wiele rezonatorów w szerokim zakresie częstotliwości w porównaniu z szerokością linii rezonatora i odstępami między rezonatorami z dokładnością do ~1%. W tym artykule skupimy się na szczegółach procesów wytwarzania i przygotowania próbek, eksperymentalnych układach testowych i procedurach pomiarowych stosowanych do charakteryzowania nadprzewodzących rezonatorów mikrofalowych o płaskiej geometrii liniowej. 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 Wafle</td><td>SOITec</td><td></td><td>Wyprodukowane w procesie 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% ( nie obejmuje Ta)</td></tr><tr><td>E-6 wytrawianie metalu z AES</td><td>Fujifilm</td><td></td><td>CPG Grade</td></tr><tr><td>Aceton</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">Sekcja protokołu 2</td></tr><tr><td>GE 7031</td><td>General Electric</td><td></td><td>Klej niskotemperaturowy</td></tr><td colspan="4">Sekcje protokołu 3-4Wzmacniacz mikrofalowy kriogeniczny MITEQ AF S3-02000400-08-CR-4 2-4 GHz, zysk ~30&nbsp;<tr></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> dB</td></tr><tr><td>NbTi Półsztywne SMA</td><td>Koncentryczne Co.</td><td>SC-086/50-NbTi-NbTi</td><td></td></tr><tr><td>Cyrkulator</td><td>PamTech</td><td>CTD1229K</td><td>tłumienie odbicia > -20 dB od</td></tr><tr><td>tłumika RF</td><td>2-4 GHz Weinschel</td><td>Model-4M</td><td>Tłumienie 7 dB</td></tr><tr><td>Elastyczne SMA</td><td>Teledyne-Storm</td><td>R94-240</td><td>ACCU-TEST</td></tr><tr><td>Wektorowy analizator sieci</td><td>Agilent</td><td>N5242A PNA-X</td><td></td></tr><tr><td>Ciecz He-4 kriogeniczna</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ciecz kriogeniczna 2</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

wytwarzanie i charakterystyka rezonatorów nadprzewodzących

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Nadprzewodzące rezonatory mikrofalowe są interesujące dla szerokiego zakresu zastosowań, w tym do ich wykorzystania jako mikrofalowe detektory indukcyjności kinetycznej (MKID) do wykrywania słabych sygnatur astrofizycznych, a także do zastosowań w obliczeniach kwantowych i charakteryzacji materiałów. W artykule przedstawiono procedury wytwarzania i charakterystyki cienkowarstwowych nadprzewodzących rezonatorów mikrofalowych. Metodologia wytwarzania pozwala na realizację nadprzewodzących rezonatorów linii transmisyjnych o cechach po obu stronach atomowo gładkiego monokryształu dielektryka krzemowego. W pracy opisano procedurę instalacji rezonatorów w kriogenicznym mikrofalowym stanowisku testowym oraz schładzania poniżej temperatury przejścia nadprzewodzącego. Konfiguracja kriogenicznego stanowiska do badań mikrofalowych pozwala na dokładne pomiary złożonej transmisji mikrofalowej tych rezonatorów, umożliwiając ekstrakcję właściwości linii nadprzewodzących i podłoża dielektrycznego (np. wewnętrzne czynniki jakości, straty i frakcje indukcyjności kinetycznej), które są ważne dla konstrukcji i wydajności urządzenia.

Odpowiedź rezonatora Mo2N półfalowego (Rysunek 5), wykonanego na dielektryku z monokryształu krzemu o grubości 0,45 µm, została zweryfikowana za pomocą tej metodologii. W tym przypadku sprzężenie z linią zasilającą w postaci koplanarnego falowodu (CPW) z Nb w celu odczytu uzyskano poprzez sprzężenie pojemnościowe przez naniesiony metodą rozpylania dielektryk SiO2, w obszarze w kształcie litery „H” na jednym z otwartych końców rezonatora (patrz sekcja...

Nadprzewodzące rezonatory mikrofalowe są interesujące dla wykrywania światła, zastosowań obliczeń kwantowych i charakteryzacji materiałów. W pracy przedstawiono szczegółową procedurę wytwarzania i charakterystyki parametrów rozpraszania nadprzewodzącego rezonatora mikrofalowego.

Wytwarzanie i charakterystyka rezonatorów nadprzewodzących

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

Ogólnym celem niniejszej procedury jest wykonanie nadprzewodzących rezonatorów mikrofalowych oraz charakterystyka ich parametrów rozproszeniowych. Metoda ta umożliwia projektowanie i wdrażanie aparatury nadprzewodzącej poprzez nanoszenie nadprzewodzących ścieżek na podłożu dielektrycznym. Przykładowo, można wyznaczyć wewnętrzne dobrocie, ułamki strat oraz ułamki sprzężenia. Główną zaletą tych technik jest to, że pozwalają one na realizację rezonatorów nadprzewodzących po obu stronach podłoża krzemowego, co umożliwia precyzyjne pomiary.Zastosowania tej techniki obejmują szeroki zakres obszarów, w tym detektory indukcyjności kinetycznej do wykrywania słabych sygnałów astrofizycznych, a także aplikacje w komputerach kwantowych i charakterystykę materiałów. W ramach rozpoczęcia, na świeżo oczyszczonym podłożu z krzemu na izolatorze (SOI), należy nanieść warstwę fotorezystu metodą spin-coatingu, wirując z prędkością 4 000 rpm przez 30 sekund.Następnie należy nanieść german na wafer metodą naparowania wiązką elektronów. Dalej, nanosi się warstwę cienkiego fotorezystu metodą spin-coatingu przy 2 000 rpm przez 30 sekund, a następnie wypieka wafer na płycie grzejnej o temperaturze 110 °C pr

fabrication-and-characterization-of-superconducting-resonators

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Opisujemy zastosowanie techniki przetapiania laserem dwutlenku węgla do wytwarzania krzemionkowych wnęk rezonansowych, w tym wolnostojących mikrosfer oraz mikrotoroidów na chipie. Metoda przetapiania usuwa niedoskonałości powierzchni, co pozwala na uzyskanie długiego czasu życia fotonów w obu typach urządzeń. Powstałe urządzenia charakteryzują się ultrawysokimi dobrociami, co umożliwia ich zastosowanie w szerokim zakresie, od telekomunikacji po biodetekcję.

Wytwarzanie krzemionkowych mikrorozwiązujących o ultrawysokim czynniku dobroci

Wykorzystanie falowodów i wnęk fotonicznych zostało szeroko przyjęte przez społeczność fotoniczną w wielu różnych zastosowaniach. Dlatego produkcja i charakterystyka tych urządzeń cieszy się dużym zainteresowaniem. W artykule przedstawiono naszą technikę wytwarzania i dwie metody charakterystyki optycznej, a mianowicie: interferometrię (falowody) i rozpraszanie rezonansowe (wnęki).

Wytwarzanie i charakterystyka falowodów i wnęk wolnowodnych kryształów fotonicznych

Przedstawiono dostosowane techniki opracowane w naszym laboratorium do budowy mikrofalowych systemów fotonicznych opartych na rezonatorach o ultra-wysokim Q w trybie galerii szeptów. Protokoły uzyskiwania i charakteryzowania tych rezonatorów są szczegółowo opisane i podano wyjaśnienie niektórych z ich zastosowań w fotonice mikrofalowej.

Mikrofalowe systemy fotoniczne oparte na rezonatorach z galerią szeptów

Parametryczne wzbudzenia optomechaniczne zostały ostatnio eksperymentalnie zademonstrowane w mikroprzepływowych rezonatorach optomechanicznych za pomocą ciśnienia promieniowania optycznego i stymulowanego rozpraszania Brillouina. W artykule opisano wytwarzanie tych rezonatorów mikroprzepływowych wraz z metodologiami generowania i weryfikacji oscylacji optomechanicznych.

Produkcja i testowanie mikroprzepływowych oscylatorów optomechanicznych

Przedstawiono protokół projektowania i produkcji nowatorskiego rezonatora z dzielonym pierścieniem (SRR) opartego na nanofilarach.

Wytwarzanie rezonatorów z dzielonym pierścieniem na bazie nanofilarów do rezonansów za pośrednictwem prądu przemieszczenia w metamateriałach terahercowych

Przedstawiono protokoły syntezy mikrosfer z polimerów, manipulacji mikrosferami i pomiarów mikrofotoluminescencji.

Wytwarzanie mikrosfer polimerowych do zastosowań w rezonatorach optycznych i laserach

Przedstawiono protokół dla projektowania wiązki o stałej i stałej wiązce za pomocą laserowego wibrometru dopplerowskiego (LDV), w tym pomiar strojenia częstotliwości, modyfikację możliwości strojenia oraz unikanie awarii i problemów urządzenia. Wyższość metody LDV nad analizatorem sieci wynika z jej wyższej zdolności modalnej.

Metodologia projektowania i charakteryzacji wydajnych filtrów MEMS o szerokim zakresie

Tutaj prezentujemy protokół generowania kryształów solitonu w mikro-pierścieniowym rezonatorze z motylkami przy użyciu metody dostrojonej termicznie. Ponadto fluktuacje szybkości powtarzania kryształu solitonu z pojedynczym wakatem są mierzone za pomocą metody opóźnionej autoheterodyny.

Szybki pomiar fluktuacji szybkości powtarzania kryształów solitonu w mikrorezonatorze

Dwie techniki wytwarzania, lift-off i trawienie na mokro, są opisane w produkcji międzypalcowych przetworników elektrod na podłożu piezoelektrycznym, niobianie litu, szeroko stosowanym do generowania powierzchniowych fal akustycznych, obecnie znajdującym szerokie zastosowanie w mikro i nanoskalowej fluidyce. Wykazano, że wyprodukowane elektrody skutecznie indukują powierzchniowe fale akustyczne Rayleigha rzędu megahercowego.

Wytwarzanie powierzchniowych urządzeń fal akustycznych na niobianie litu

W tym artykule prześledzono cykl życia rezonatora membranowego z azotku krzemu, od projektu, przez produkcję, aż po charakterystykę.

Wytwarzanie i charakterystyka rezonatorów membranowych z azotku krzemu o wysokiej zawartości Q

Poznaj metodę wytwarzania nadprzewodzących rezonatorów mikrofalowych i charakteryzacji ich parametrów rozpraszania na podłożu krzemowym. Technika ta umożliwia precyzyjne pomiary i znajduje zastosowanie w obliczeniach kwantowych oraz detekcji sygnałów astrofizycznych.

Wytwarzanie i charakterystyka rezonatorów nadprzewodzących

Przeglądaj więcej filmów