論文の概要: Wafer-scale magnesium diboride thin films and devices with tunable high kinetic inductance

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.15190v1
• Date: Wed, 24 May 2023 14:28:58 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-25 15:20:05.440595
• Title: Wafer-scale magnesium diboride thin films and devices with tunable high kinetic inductance
• Title（参考訳）: 波長スケール二ホウ化マグネシウム薄膜と可変高速度インダクタンスデバイス
• Authors: Changsub Kim, Christina Bell, Jake Evans, Jonathan Greenfield, Nathan Lewis, Daniel Cunnane
• Abstract要約: 成熟したデバイス製造過程を報告し、フィルムの特性を測定するための試験構造を実証する。 これには、4.5Kで$mathrm104$以上の内部Q因子を持つ共振器と、40nmフィルムで容易に達成できる高い運動インダクタンス(5-50 pH/$square$)が含まれる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.039146761527401416
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Progress in superconducting device and detector technologies over the past decade have realized practical applications in quantum computers, detectors for far-IR telescopes, and optical communications. Superconducting thin film materials, however, have remained largely unchanged, with aluminum still being the material of choice for superconducting qubits, and Nb compounds for higher frequency devices. $\mathrm{MgB}_2$, known for its highest $\mathrm{T}_c$ (39 K) among metallic superconductors, is a viable material for higher frequency superconducting devices moving towards THz frequencies. However, difficulty in synthesizing thin films have prevented implementation of $\mathrm{MgB}_2$ devices into the application base of superconducting electronics, despite promising preliminary results for a number of applications. We have developed smooth and uniform $\mathrm{MgB}_2$ films on 4-inch Si wafers by depositing uniform Mg-B co-sputtered film, capping the film in situ to create a closed environment, followed by an optimized post-annealing step. We further report mature device fabrication processes and demonstrate test structures to measure properties of the films. This includes resonators with internal Q factor over $\mathrm{10}^4$ at 4.5 K and tunable high kinetic inductance (5-50 pH/$\square$ readily achieved in a 40 nm film), opening up the path for development of high frequency and high temperature $\mathrm{MgB}_2$ microdevices.
• Abstract（参考訳）: 過去10年間の超伝導デバイスと検出器技術の進歩は、量子コンピュータ、遠赤外線望遠鏡用検出器、光通信における実用的な応用を実現している。 しかし、超伝導薄膜材料はほとんど変化がなく、アルミニウムは超伝導量子ビットの材料であり、Nb化合物は高周波数デバイスである。 金属超伝導体のうち、最も高い$\mathrm{T}_c$ (39 K) で知られる$\mathrm{MgB}_2$は、高周波数超伝導デバイスが THz 周波数に向かって移動するための実行可能な材料である。 しかし、薄膜の合成の難しさは、多くの応用に期待できる予備的な結果にもかかわらず、超伝導エレクトロニクスの応用基盤に$\mathrm{MgB}_2$デバイスを実装することを妨げている。 4インチSiウェハ上にMg-B共スパッタ膜を堆積し, 膜を密封して密閉環境を作り, その後, 最適化した後焼鈍工程を施して, 滑らかで均一な$\mathrm{MgB}_2$膜を開発した。 さらに, 成熟したデバイス製造過程を報告し, フィルムの特性を測定するための試験構造を示す。 これには、$\mathrm{10}^4$ 4.5 K以上の内部Q因子を持つ共振器とチューナブルな高速度インダクタンス(5-50 pH/$\square$は40nmフィルムで容易に達成できる)が含まれ、高周波および高温の$\mathrm{MgB}_2$マイクロデバイスの開発経路を開く。

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