초전도 공진기의 제조 및 특성

요약

초전도 마이크로파 공진기는 빛, 양자 컴퓨팅 애플리케이션 및 재료 특성의 검출에 대한 관심이다. 이 작품은 제조 및 초전도 전자 레인지 공진 산란 매개 변수의 특성에 대한 자세한 절차를 제공합니다.

초록

초전도 마이크로파 공진기 희미한 천체 물리학 서명의 검출을위한 마이크로 웨이브 운동 인덕턴스 검출기 (MKIDs)로서의 사용을 포함 대해서뿐만 아니라 양자 컴퓨팅 애플리케이션과 재료 특성, 다양한 애플리케이션을 위해 관심이다. 본 논문에서는 절차는 박막 초전도 마이크로파 공진기의 제조 및 특성에 대해 제공됩니다. 제조 방법은 아주 매끄러운 단결정 실리콘 유전체의 양쪽 기능 전송선 초전도 공진기의 실현을 허용한다. 이 작업은 극저온 전자 시험대으로 초전도 전이 온도 이하로 냉각 용 진동 장치를 설치하는 절차를 설명한다. 극저온 전자 시험대의 셋업은 PR의 추출을 가능하게 한 다음 진동 장치의 복잡한 전자 전송에주의를 측정 할 수 있도록장치 설계와 성능에 중요한 초전도 선 및 유전체 기판 (예를 들어, 내부 품질 요인 손실 인덕턴스 운동 분획)의 operties.

서론

천체 물리학 기기의 발전은 최근 적외선의 검출을 위해 초전도 마이크로파 공진기를 도입 ^{한 -. 4} 초전도 공진기는 에너지 E의 적외선에 반응 = HV> 2Δ은 (Δ이며, h는 플랑크 상수, V는 방사 주파수이고 곳 초전도 갭 에너지). 공진기는 또한 초전도 임계 온도 이하로 냉각 될 때,이 입사 방사선 공진 체적 쿠퍼 쌍 끊어 준 입자 음원 정보를 생성한다. 기진 준 입자의 밀도 증가는 따라서 초전도체의 복잡한 표면 임피던스 운동 인덕턴스를 변경하며. 이 광 반응은 더 낮은 주파수의 공진 주파수의 변화와 공진기의 품질 인자의 감소로서 관찰된다. 전자 kine를위한 표준 판독 방식에서TIC 인덕턴스 검출기 (MKID) 공진기는 마이크로파 급전선에 연결되고 다른 하나는 단일 공진 마이크로파 주파수 톤에이 급전선을 통해 복잡한 송신을 모니터링한다. 여기서, 광학 응답의 진폭 및 변속기 ⁽⁵⁾ (도 1)의 두 위상의 변화로서 관찰된다. 주파수 영역 다중화 방식은 공진기의 수천의 어레이를 판독 할 수있다. ^6-7

성공적으로 설계 및 초전도 공진 기반 장비를 ....

프로토콜

1. 마이크로 스트립 라인 공진기 제작 ⁽¹⁴⁾ (그림 3)

1. H ₂ O ₂ (3 : 1) 10 분 동안 혼합 갓 H ₂ SO _4, 0.45 μm의 두께의 실리콘 소자 층을 갖는 실리콘 - 온 - 인슐레이터 (SOI) 웨이퍼, 청소. 그런 다음 질소 총 10 분 건조를위한 탈 이온수에서 웨이퍼를 씻어. HF (10 : 1) 이후에 처리하기 직전, H ₂ O의 웨이퍼를 찍어 10 초, 5 분 동안 탈 이온수에 헹군다.
2. 게르마늄 (창) 등 S-1811 등 / 긍정적 인 포토 레지스트로 구성되어 리프트 오프 마스크를 제작. ⁽¹⁵⁾
   1. 스핀 코트 박형화 포지티브 포토 레지스트 이중층 (2 부 신나-P : 1 부 포지티브 포토 레지스트)와 웨이퍼 (30) 초 후 전자빔 입금 게르마늄 4,000 rpm에서.
   2. 제 1 분간 웨이퍼 상에 헥사 메틸 디 실라 잔을 (HMDS)을인가 한 후 30 초 동안 3000 rpm에서 과잉 스핀 오프하여 포토 리소그래피를 이용하여 패턴 창.
   3. SPI30 초 동안 2,000 rpm에서 110 ℃에서 1 분 동안 핫 플레이트에 구워 : N에 긍정적 인 포토....

결과

0.45 μm의 단결정 실리콘 유전체 상에 제조 반파 모 N ₂ 공진기 (도 5)의 반응은이 방법으로 검증 하였다. 이 경우에있어서, Nb를 동일 평면 도파관에 커플 링 (CPW) 급전선에 대한 판독은 상기 공진기의 개방 단부 중 한 영역 형상은 "H"의 스퍼터 증착 된 _SiO2를 유전체층을 통해 용량 성 결합을 통해 달성된다 (참조 : 프로토콜 1.6 절). 다른 예에서, 상기 급전선에 용량 결합은 Nb를 접지 평면 영역을 제거함으로써 달성되었다. 도 5에 도시 된 공진되게 제조 기술은 기판 표면을 거칠게하지 않고 실현할하는 초박형 단결정 실리콘 층의 양면에 미세한 초전도 회로를 허용한다는 것을 알 수있다. 이러한 공진기는 MKID의 가장 중요한 구성 요소를 대표하고이 기​​술은 좋은 제어를 통해 할 수 있습니다무결성.

토론

단일 플립 제조 공정은 0.45 μm의 박막 단결정 Si 기판의 양면에 초전도 공진기를 실현하기위한 수단을 제공한다. 하나는 1 × 10 4.0-6.5 GHz의 범위 <손실 탄젠트와 (예시 ₃ N _4)을 증착 유전체보다 크기 낮은 손실의 순서 이상을 가지고 있기 때문에 단결정 실리콘 유전체를 사용하도록 동기를 부여 할 수있다 ^- 이 기판은 하나의 빛과 낮은 공진에 공진 크로스 토크를 이탈하는 좋은 내성을 제공하는 마이크로 스트립 공진기 설계를 채용 할 수의 패턴 ^{5. 23 ~ 24} 수있는 능력은 양쪽에 있습니다. 그 표면에는 요철이 초전도 Nb를 박막의 패터닝 동안 발생하지 않기 때문에 설명 된 리프트 오프 기술은 실리콘 표면의 무결성이 유지 될 수있다. ^(15)이 제조 공정은 초전도 마이크로 스트립 구조를 갖는 다양한 구조물에 사용될 수있는 그리고 예상 푸웃URE 애플리케이션 원적외선 분광계를 사용하여 .......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
프로토콜 섹션 1
Microposit S-1811 포토레지스트	Shipley
BCB	Dow		3022-35
SOI 웨이퍼	SOITec		SmartCutTM 프로세스로 제작
Mo	Kamis		99.99%
Nb	Kamis		99.95% ( 제외: Ta)
E-6 금속 식각, w/AES	후지필름		CPG 등급
, 아세톤	JT, Baker	9005-05	CMOS 등급
HF, dip (1:10),	JT Baker	5397-03
PMMA,	Microchem		950, PMMA A2
Protocol Section 2
GE 7031	General Electric		저온 접착제
Protocol Sections 3-4
Cryogenic Microwave Amplifier	MITEQ	AF S3-02000400-08-CR-4	2-4 GHz, gain ~30  dB
NbTi 반강성 SMA 케이블	Coax.	SC-086/50-NbTi-NbTi
순환기	PamTech	CTD1229K	반사 손실 > -20dB 2-4GHz
RF 감쇠기	Weinschel	모델-4M	7dB 감쇠
유연한 SMA 케이블	Teledyne-Storm	R94-240	ACCU-TEST
벡터 네트워크 분석기	Agilent	N5242A PNA-X
Liquid He-4 극저온	Praxair
액체 N2 극저온	Praxair

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