論文の概要: High kinetic inductance NbTiN films for quantum limited travelling wave parametric amplifiers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.11410v1
• Date: Tue, 17 Oct 2023 17:18:05 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-18 14:49:34.573640
• Title: High kinetic inductance NbTiN films for quantum limited travelling wave parametric amplifiers
• Title（参考訳）: 量子制限進行波パラメトリック増幅器のための高速度インダクタンスNbTiN膜
• Authors: Felix Ahrens (1 and 2), Matteo Borghesi (3 and 4 and 5), Paolo Falferi (1 and 6 and 2), Luca Fasolo (7), Marco Faverzani (3 and 4 and 5), Elena Ferri (4), Andrea Giachero (3 and 4 and 5), Danilo Labranca (3 and 4 and 5), Federica Mantegazzini (1 and 2), Benno Margesin (1 and 2), Renato Mezzena (8 and 2), Roberto Moretti (3 and 4 and 5), Angelo Nucciotti (3 and 4 and 5), Luca Origo (3 and 4 and 5), Andrea Vinante (1 and 6 and 2), Mario Zannoni (3 and 4 and 5)
• Abstract要約: Nb80%T20ターゲットを用いたNbTiN薄膜のスパッタ成膜過程の最適化について述べる。 我々はKI-TWPA試作装置の製造に利用した8.5pH/sqのNbTiN膜を得た。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: A wide-bandwidth and low-noise amplification chain in the microwave regime is crucial for the efficient read-out of quantum systems based on superconducting detectors, such as Microwave Kinetic Inductance Detectors (MKIDs), Transition Edge Sensors (TESs), Magnetic Microcalorimeters (MMCs), and RF cavities, as well as qubits. Kinetic Inductance Travelling Wave Parametric Amplifiers (KI-TWPAs) operated in a three-wave mixing fashion have demonstrated exceptional dynamic range and low-noise performance, approaching the quantum limit. These amplifiers can be fabricated using a single layer of a high kinetic inductance film as weakly dispersive artificial transmission lines, with the ability to control the phase-matched bandwidth through dispersion engineering. In this study, we present the optimisation of the rf sputter-deposition process of NbTiN films using a Nb80%T20 target, with the goal of achieving precise control over film characteristics, resulting in high kinetic inductance while maintaining a high transition temperature. The parameter landscape related to the different sputtering conditions, such as pressure, power, and nitrogen flow, has been explored and the film thickness has been used as a fine-tuning parameter to adjust the properties of the final NbTiN films used for the fabrication of KI-TWPAs. As a final result, we have obtained a NbTiN film with a kinetic inductance of 8.5 pH/sq which we have exploited to fabricate KI-TWPA prototype devices, showing promising amplification performance.
• Abstract（参考訳）: マイクロ波領域における広帯域幅かつ低ノイズ増幅鎖は、マイクロ波速度インダクタンス検出器(mkid)、トランジッションエッジセンサ(tess)、磁気マイクロカロリメータ(mmcs)、rfキャビティなどの超伝導検出器に基づく量子システムの効率的な読み出しに不可欠である。 3波混合方式で動作したインダクタンス進行波パラメトリック増幅器 (ki-twpas) は, 量子限界に接近する特異なダイナミックレンジと低ノイズ性能を示した。 これらの増幅器は、高速度インダクタンスフィルムの単層を用いて、分散工学により位相整合帯域を制御できる弱分散人工伝送線路として製造することができる。 本研究では,nb80%t20ターゲットを用いたnbtin薄膜の高周波スパッタ成膜過程の最適化を行い,高転移温度を維持しながら高速度インダクタンスを実現することを目的とした。 KI-TWPAの製造に使用するNbTiN薄膜の微細調整パラメータとして, 圧力, 電力, 窒素流量などの異なるスパッタリング条件に関するパラメータランドスケープが検討され, 膜厚が用いられている。 最終結果として,ki-twpaプロトタイプ装置の試作に用いた動力学的インダクタンス8.5 ph/sqのnbtin膜を作製し,有望な増幅性能を示した。

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