Süperiletken Rezonatörler Fabrikasyon ve Karakterizasyonu

Bu prosedürün genel amacı, süper iletken mikrodalga rezonatörleri üretmek ve saçılma parametrelerini karakterize etmektir. Bu yöntem, elektrik substratı üzerindeki süper iletken hatların kateterizasyonu boyunca süper iletken instrümentasyonunun tasarlanmasını ve uygulanmasını sağlar. Örneğin, iç kalite faktörleri, kayıp fraksiyonları ve bu ihlallerin bağlanması Bu tekniklerin ana avantajı, bir silikon substratın her iki tarafında süper iletken rezonatörlerin gerçekleştirilmesine izin vermeleridir, bu da hassas ölçümler sağlar.

Bu tekniğin etkileri, zayıf astrofiziksel sinyallerin tespiti için kinetik endüktans dedektörlerinin yanı sıra kuantum hesaplama uygulamaları ve malzeme karakterizasyonu da dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalara uzanır. Başlamak için, insulater gofret üzerinde yeni temizlenmiş bir silikona geçin. 30 saniye boyunca 4.000 rpm'de bir foto-direnç katmanını döndürün.

Daha sonra, elektron ışını germanyumu gofret üzerine bırakır. Daha sonra, 30 saniye boyunca 2.000 rpm'de ince bir depozitif foto direnç tabakası üzerinde döndürün ve ardından gofretleri 110 santigrat derecelik bir ocak gözü üzerinde bir dakika pişirin. Şimdi, foto direnci ortaya çıkarmak için bir maske hizalayıcı kullanın.

Ve geliştirilen resist TMAH bazlı çözelti üzerine püskürtün. Bir sonraki adım, fabrikasyon germanyum tabakasını 70 watt'ta sülfer hekzaflorid ve oksijen plazması ile reaktif iyon aşındırmaktır. Şimdi, foto-rezistansın alttan kesilmesini sağlamak için alttaki foto-direnç katmanını reaktif bir iyon aşındırıcının içindeki oksijen plazması ile külleyin.

Daha sonra, bir DC Magnetron kullanarak, 500 watt'ta 3.7 militor argon ile gofret üzerine bir niobiam yer düzlemi püskürtün. Ardından, gofreti dört saat boyunca asetona batırarak yer düzlemini kaldırın. Daha sonra, BCB'yi niyobyum kaplı gofret üzerine 30 saniye boyunca 4.000 rpm'de döndürün ve ardından aynısını yeni bir silikon gofret ile yapın.

Şimdi, iki BCB kaplı yüzeyi 200 santigrat derecede üç çubuk basınçla birbirine yapıştırın. Ardından, gofret yığınını ters çevirin ve silikonun arka tarafını yalıtkan gofret üzerinde işlemeye başlayın. 150 mililitre alüminyum oksit tozu, 30 mikron çap ve 1.500 mililitre sudan oluşan bir alüminyum oksit bulamacı ile mekanik alıştırma kullanarak silikon saplı gofreti aşındırın.

Lepleme plakasının dönüşünü 45 rpm'ye ayarlayın ve bunun iki ila dört saat boyunca gitmesine izin verin. En kritik adım, gofretin mekanik alıştırma yoluyla inceltilmesidir. Bunun nedeni, ilk fabrikasyon çalışması sırasında gofretlerin %50'sinin kırılmasıdır.

Gofretlerin arkasına ısıyla salınan bant uygulanarak kırılma sorunu azaltıldı. Ardından, kalan silikon saplı gofreti derinlemesine reaktif iyon aşındırmak için Bosh İşlemini kullanın. Gömülü silikon oksit tabakasını 20 dakika boyunca suda bire on oranında seyreltilmiş hidroflorik asit ile aşındırın.

Bir molibden nitrür tabakası biriktirmek ve aşındırmak için aynı teknikleri kullanmaya devam edin, ardından başka bir germanyum tabakası ekleyin. Böylece mikroşerit hat rezonatörünü imal edin. Bu prosedür için, çip ile alt minyatür versiyon A veya SMA konektörleri arasındaki sinyalleri köklemek için altın kaplı bir bakır boşluk test paketi ve kontrollü bir empedanslı mikrodalga fan çıkış kartı hazırladınız.

SMA konektörleri daha önce bu test paketinin giriş ve çıkışına merkez iletken pimi hizalanmış olarak yerleştirildi ve ardından ilgili fan çıkış kartı temas pedine lehimlendi. Rezonatör çipi daha önce altın kaplı bakır paket boşluğuna, çip besleme hattı çıkışı ve giriş pedleri, karşılık gelen fan çıkış panoları CPW hatlarının yanında olacak şekilde monte edilmişti. Çip, çipin kenarlarına temas eden bakır klipslerle sabitlenmelidir.

Süper iletken alüminyum tel bağları daha önce fan çıkış kartı ile çip temas pedleri arasına yerleştirilmişti ve SMA konektör girişi ve çıkışları ile çip üzerindeki CPW besleme hattı arasındaki empedans eşleşmesi için gerektiği kadar bağ vardı. Kablo bağlamadan sonra, bir multimetre ile giriş ve çıkış konektörlerinin merkez pimleri arasındaki DC direncini kontrol edin. Ve bir merkez pimi ile toprak arasında, iki merkez pimi arasında bir elektrik bağlantısı ve merkez hattı ile toprak arasında açık bir bağlantı olduğunu doğrulamak için.

Test yatağı, oda sıcaklığından köklenmiş bir dizi SMA kablosu ile cihazın monte edileceği 0,3 kelvin soğuk aşamaya monte edilir. Mikrodalga kaybını en aza indirmek için bakır ve süper iletken niyobyum titanyum kablolar kullanılır. İki kelvin ve 0.3 kelvin aşamaları arasında bir termal kırılma için niyobyum titanyum kablolar kullanılır.

Rezonatör cihazının bandında düşük gürültü amplifikasyonu için, çıkış hattındaki iki kelvin aşamasına bir kriyojenik yüksek elektron hareketlilik transistör amplifikatörü monte edilir. Ayrıca, çıkış hattında, bu amplifikatörün girişinde bir kriyojenik sirkülatör olduğunu unutmayın. 0.3 kelvin soğuk aşamada, paketlenmiş rezonatör cihazlarını cıvatalı brakete monte edin.

Ardından, eşleşen bir sonlandırma sağlamak için paketin giriş tarafına bir mikrodalga zayıflatıcı bağlayın. Ardından, uygun SMA kablolarını bu zayıflatıcı girişine ve paket çıkışına bağlayın. Bu sonlandırmalar, cihaz kalibrasyon düzlemini tanımlar.

Şimdi kriyostatı kapatın ve cihazları 0,3 kelvin'e soğutmak için kullanılan standart prosedürü izleyin. Başlamak için VNA'yı ayarlayın. 10 megahertz ile 8 gigahertz veya benzer genişlikte bir bant arasında tarayın ve güç seviyesinin süper iletken mikrodalga rezonatörünün ve süper iletken besleme hattının kritik akımını aşmadığından emin olun.

Güç seviyesini yaklaşık eksi 30 desibel miliwatt'a veya yeterli bir sinyal-gürültü oranı sağlayan benzer şekilde uygun bir seviyeye ayarlayın. Ardından, standart kısa açık yük prosedürünü izleyerek esnek radyo frekansı kablolarını kalibre edin. VNA yazılımını üretici tarafından yönlendirildiği şekilde kullanma.

Bu kalibrasyon, cihaz referans düzlemini tanımlar. Kalibrasyondan sonra, geçiş hattı bağlıyken S21 iletimini onaylayarak aslına uygunluğunu doğrulayın. Ölçülen VNA yanıtı, bir S11'de 0 desibele yakın düşük kalıntı hatalara sahip olmalıdır, bir S22'nin her ikisi de eksi 50 desibelin altında ölçmelidir.

Ardından, esnek kabloları kriyostatın giriş ve çıkış hatlarına bağlayın. Ardından, mikrodalga amplifikatörü için üretici tarafından belirtilen DC önyargı voltajını uygulayarak kriyojenik mikrodalga amplifikatörünü açın. Ardından ölçümlere başlayın.

İlk olarak, S21 temel yapısını gözlemlemek ve mikrodalga rezonatörlerinin göstergesi olan keskin yüksek Q yapılarını aramak için geniş bantlı bir taramayı tamamlayın. Ardından, frekans bandı aralığını daraltın. Daha sonraki uyumlar ve size özel kalibrasyon için yeterli bir temel çizgi sağlayacak kadar geniş yapın.

Ardından veri noktalarının sayısını ayarlayın. Bu durumda, yaklaşık 30.000'e kadar. 0.45 mikronluk tek kristal silikon dielektriğin her iki tarafında yarım dalga molibden nitrür rezonatörü üretildi.

Dielektrik, püskürtülmüş bir birikmiş silikon oksit dielektrik boyunca kapasitif bir kuplaj yoluyla okuma için bir niyopyum yardımcı planya dalga kılavuzu besleme hattına bağlandı. Bu, rezonatörün açık uçlarından birindeki sekiz şekilli bölge olarak görülür. VNA referans düzleminde ölçülen iletim katsayısının büyüklüğü, bu besleme hattının S21'i, frekansın bir fonksiyonu olarak ölçüldü.

Her rezonatörün rezonans frekansında, iletim büyüklüğündeki bir düşüş, mikrodalga gücünün rezonatörlere bağlandığını gösterir. Bu prosedürleri takiben, toplanan veriler, ilgilenilen elektromanyetik parametrelerde ayrıntılı rezonatörü çıkarmak için bir inseech-you kalibrasyon yöntemi izlenerek analiz edilebilir. Geliştirilmesinden sonra, bu üretim tekniği, mikrodalga kinetik iletkenlik dedektörleri alanındaki araştırmacıların yeni ultra düşük kayıplı dedektör arktik mimarileri geliştirmelerinin yolunu açtı.