論文の概要: Characterization of process-related interfacial dielectric loss in
aluminum-on-silicon by resonator microwave measurements, materials analysis,
and imaging
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.00723v1
- Date: Fri, 1 Mar 2024 18:16:28 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-05 16:35:37.248727
- Title: Characterization of process-related interfacial dielectric loss in
aluminum-on-silicon by resonator microwave measurements, materials analysis,
and imaging
- Title（参考訳）: 共振器マイクロ波測定, 材料分析, イメージングによるアルミニウム・オン・シリコン中のプロセス関連界面誘電損失のキャラクタリゼーション
- Authors: Lert Chayanun, Janka Bizn\'arov\'a, Lunjie Zeng, Per Malmberg, Andreas
Nylander, Amr Osman, Marcus Rommel, Pui Lam Tam, Eva Olsson, August Yurgens,
Jonas Bylander, Anita Fadavi Roudsari
- Abstract要約: 超伝導コプレーナー導波路共振器の誘電損失に及ぼす製造プロセスの影響について検討する。
これらのデバイスは超伝導量子プロセッサに不可欠なコンポーネントである。
基板-金属界面と基板-空気界面における損失低減の相対的重要性を同定する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We systematically investigate the influence of the fabrication process on
dielectric loss in aluminum-on-silicon superconducting coplanar waveguide
resonators with internal quality factors ($Q_i$) of about one million at the
single-photon level. These devices are essential components in superconducting
quantum processors; they also serve as proxies for understanding the energy
loss of superconducting qubits. By systematically varying several fabrication
steps, we identify the relative importance of reducing loss at the
substrate-metal and the substrate-air interfaces. We find that it is essential
to clean the silicon substrate in hydrogen fluoride (HF) prior to aluminum
deposition. A post-fabrication removal of the oxides on the surface of the
silicon substrate and the aluminum film by immersion in HF further improves the
$Q_i$. We observe a small, but noticeable, adverse effect on the loss by
omitting either standard cleaning (SC1), pre-deposition heating of the
substrate to 300$\deg$C, or in-situ post-deposition oxidation of the film's top
surface. We find no improvement due to excessive pumping meant to reach a
background pressure below $6{\times} 10^{-8}$ mbar. We correlate the measured
loss with microscopic properties of the substrate-metal interface through
characterization with X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), time-of-flight
secondary ion mass spectroscopy (ToF-SIMS), transmission electron microscopy
(TEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), and atomic force microscopy
(AFM).
- Abstract（参考訳）: 単光子レベルの内部品質係数(q_i$)が約100万であるアルミニウム-シリコン超伝導導波路共振器の誘電損失に及ぼす製造過程の影響を系統的に検討した。
これらのデバイスは超伝導量子プロセッサの重要な構成要素であり、超伝導量子ビットのエネルギー損失を理解するためのプロキシとしても機能する。
製造工程を系統的に変化させることで,基板-金属界面および基板-空気界面における損失低減の相対的重要性を同定する。
アルミニウムの析出に先立ってフッ化水素 (HF) のシリコン基板を洗浄することが不可欠であることがわかった。
hf浸漬によるシリコン基板およびアルミニウム膜表面の酸化物の加工後除去により、さらに$q_i$が向上する。
標準洗浄 (SC1) , 基板の300$\deg$Cへの析出前加熱, フィルム上面のその場酸化を省略することにより, 損失に対する小さいが顕著な悪影響を観察した。
6{\times} 10^{-8}$ mbar以下のバックグラウンドプレッシャーに達するための過剰なポンプによる改善は見られない。
我々は、X線光電子分光法(XPS)、時空二次イオン質量分析法(ToF-SIMS)、透過電子顕微鏡法(TEM)、エネルギー分散X線分光法(EDS)、原子間力顕微鏡法(AFM)を用いて、基板界面の顕微鏡特性と測定損失を相関させた。
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