論文の概要: Tantalum thin films sputtered on silicon and on different seed layers: material characterization and coplanar waveguide resonator performance
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.06041v1
- Date: Mon, 9 Sep 2024 20:03:10 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-09-11 19:51:02.447739
- Title: Tantalum thin films sputtered on silicon and on different seed layers: material characterization and coplanar waveguide resonator performance
- Title（参考訳）: シリコンおよび異なるシード層上にスパッタしたタンタル薄膜:材料特性とコプラナー導波路共振器特性
- Authors: Moritz Singer, Benedikt Schoof, Harsh Gupta, Daniela Zahn, Johannes Weber, Marc Tornow,
- Abstract要約: 超伝導量子ビットは、大規模量子コンピューティングのための有望なプラットフォームである。
これまで、ほとんどの量子ビットアーキテクチャは超伝導層の選択材料としてニオブ (Nb) に依存してきた。
そのような材料の一つがタンタル(Ta)であり、高性能キュービット成分はすでに実証されている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.927480729357611
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Superconducting qubits are a promising platform for large-scale quantum computing. Besides the Josephson junction, most parts of a superconducting qubit are made of planar, patterned superconducting thin films. In the past, most qubit architectures have relied on niobium (Nb) as the material of choice for the superconducting layer. However, there is also a variety of alternative materials with potentially less losses, which may thereby result in increased qubit performance. One such material is tantalum (Ta), for which high-performance qubit components have already been demonstrated. In this study, we report the sputter-deposition of Ta thin films directly on heated and unheated silicon (Si) substrates as well as onto different, nanometer-thin seed layers from tantalum nitride (TaN), titanium nitride (TiN) or aluminum nitride (AlN) that were deposited first. The thin films are characterized in terms of surface morphology, crystal structure, phase composition, critical temperature, residual resistance ratio (RRR) and RF-performance. We obtain thin films indicative of pure alpha-Ta for high temperature (600{\deg}C) sputtering directly on silicon and for Ta deposited on TaN or TiN seed layers. Coplanar waveguide (CPW) resonator measurements show that the Ta deposited directly on the heated silicon substrate performs best with internal quality factors $Q_i$ reaching 1 x $10^6$ in the single-photon regime, measured at $T=100 {\space \rm mK}$.
- Abstract（参考訳）: 超伝導量子ビットは、大規模量子コンピューティングのための有望なプラットフォームである。
ジョセフソン接合の他に、超伝導量子ビットのほとんどの部分は平らなパターンの超伝導薄膜でできている。
これまで、ほとんどの量子ビットアーキテクチャは超伝導層の選択材料としてニオブ (Nb) に依存してきた。
しかし、潜在的に損失が少ない様々な代替材料があり、結果として量子ビット性能が向上する可能性がある。
そのような材料の一つがタンタル(Ta)であり、高性能キュービット成分はすでに実証されている。
本研究では,最初に蒸着した窒化タンタル (TaN), 窒化チタン (TiN), 窒化アルミニウム (AlN) の異なるナノ厚さのシード層上に, 加熱および未加熱シリコン (Si) 基板上に直接Ta薄膜をスパッタ成膜したことを報告した。
薄膜は、表面形態、結晶構造、相組成、臨界温度、残留抵抗比(RRR)およびRF性能で特徴づけられる。
シリコン上に直接スパッタリングし,TaNまたはTiNシード層上に堆積したTaに対して,純α-Ta(600{\deg}C)を示す薄膜を得る。
コプラナー導波路 (CPW) 共振器測定により, 加熱したシリコン基板上に直接堆積したTaは, 単一光子状態下でQ_i$が1×10^6$に達すると, 内部品質係数が$T=100 {\displaystyle \rm mK}$になることがわかった。
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