論文の概要: Disentangling superconductor and dielectric microwave losses in
sub-micron $\rm Nb$/$\rm TEOS-SiO_2$ interconnects using a multi-mode
microstrip resonator
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.10685v1
- Date: Sun, 19 Mar 2023 15:13:45 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-21 17:56:29.254757
- Title: Disentangling superconductor and dielectric microwave losses in
sub-micron $\rm Nb$/$\rm TEOS-SiO_2$ interconnects using a multi-mode
microstrip resonator
- Title（参考訳）: マルチモードマイクロストリップ共振器を用いたサブミクロン$\rm Nb$/$\rm TEOS-SiO_2$配線の異方性超伝導体と誘電体マイクロ波損失
- Authors: Cougar A. T. Garcia, Nancyjane Bailey, Chris Kirby, Joshua A. Strong,
Anna Yu. Herr, Steven M. Anlage, Vladimir V. Talanov
- Abstract要約: 超伝導デジタル論理のエネルギー効率と拡張性には,超伝導配線における電力損失の起源の解明が不可欠である。
マルチモード伝送線路共振器を用いて, その損失を正確に解消する手法について述べる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Understanding the origins of power loss in superconducting interconnects is
essential for the energy efficiency and scalability of superconducting digital
logic. At microwave frequencies, power dissipates in both the dielectrics and
superconducting wires, and these losses can be of comparable magnitude. A novel
method to accurately disentangle such losses by exploiting their frequency
dependence using a multi-mode transmission line resonator, supported by a
geometric factor concept and a 3D superconductor finite element method (FEM)
modeling, is described. Using the method we optimized a planarized fabrication
process of reciprocal quantum logic (RQL) for the interconnect loss at 4.2 K
and GHz frequencies. The interconnects are composed of niobium ($\rm Nb$)
insulated by silicon dioxide made with a tetraethyl orthosilicate precursor
($\rm TEOS-SiO_2$). Two process generations use damascene fabrication, and the
third one uses Cloisonn\'{e} fabrication. For all three, $\rm TEOS-SiO_2$
exhibits a dielectric loss tangent $\tan \delta = 0.0012 \pm 0.0001$,
independent of $\rm Nb$ wire width over $0.25 - 4 \: \mu m$. The $\rm Nb$ loss
varies with both the processing and the wire width. For damascene fabrication,
scanning transmission electron microscopy (STEM) and energy dispersive X-ray
spectroscopy (EDS) reveal that Nb oxide and Nb grain growth orientation
increase the loss above the Bardeen Cooper Schrieffer (BCS) minimum theoretical
resistance $R _{BCS}$. For Cloisonn\'{e} fabrication, the $0.25 \: \mu m$ wide
$\rm Nb$ wires exhibit an intrinsic resistance $R_s = 13 \pm 1.4 \: \mu \Omega$
at 10 GHz, which is below $R_{BCS} \approx 17 \: \mu \Omega$. That is arguably
the lowest resistive loss reported for $\rm Nb$.
- Abstract（参考訳）: 超伝導配線における電力損失の起源を理解することは、超伝導デジタル論理のエネルギー効率とスケーラビリティに不可欠である。
マイクロ波周波数では、誘電体と超伝導線の両方で電力が散逸し、これらの損失は等しく大きい。
幾何係数の概念と3次元超伝導有限要素法(fem)モデルにより支持されたマルチモード伝送線路共振器を用いて、周波数依存性を生かして損失を正確に解消する新しい手法について述べる。
本手法を用いて,4.2KおよびGHz周波数での相互接続損失に対して,相互量子論理(RQL)の平面化処理を最適化した。
インターコネクトは、テトラエチルオルソシリケート前駆体(テトラエチルTEOS-SiO_2$)で作られた二酸化ケイ素で絶縁されたニオブ(\rm Nb$)からなる。
2つのプロセス世代はダマスセン製造を使用し、3つ目はClisonn\'{e}製造を使用する。
3つすべてに対して、$\rm TEOS-SiO_2$は誘電損失タンジェント$\tan \delta = 0.0012 \pm 0.0001$を示し、$\rm Nb$のワイヤ幅$0.25 - 4 \: \mu m$とは独立である。
$\rm Nb$損失は、処理とワイヤ幅の両方によって異なる。
ダマスセン製造では、走査透過電子顕微鏡(STEM)とエネルギー分散X線分光法(EDS)により、Nb酸化物とNb結晶成長方位がバーディーン・クーパー・シュリーファー(BCS)最小抵抗$R _{BCS}$以上の損失を増大させることが示された。
Cloisonn\'{e} の製作において、$0.25 \: \mu m$ wide $\rm Nb$ wires は固有の抵抗である $R_s = 13 \pm 1.4 \: \mu \Omega$ at 10 GHz を示し、$R_{BCS} \approx 17 \: \mu \Omega$ 以下である。
これはおそらく$\rm nb$で報告される最も低い抵抗損失である。
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