論文の概要: Development of High-Quality $α$-Ta Film at Room Temperature via Seed Layer Engineering
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.16812v1
- Date: Fri, 21 Mar 2025 02:43:14 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-24 14:55:16.562721
- Title: Development of High-Quality $α$-Ta Film at Room Temperature via Seed Layer Engineering
- Title（参考訳）: シード層工学による高品質α$-Taフィルムの開発
- Authors: Senthil Kumar Karuppannan, Naga Manikanta Kommanaboina, Hui Hui Kim, Nelson Lim Chee Beng, Yap Lee Koon Sherry, Yan Guangxu, Manas Mukherjee,
- Abstract要約: シリコン基板上における高品質超伝導薄膜の成長は量子コンピューティングに不可欠である。
$alpha$-Ta薄膜の成長は高温/低温成長、極薄シード層、厚膜によって達成できる。
本研究は, 結晶性シード層を用いて, $alpha$-Ta薄膜を最適化し, 膜質の向上を実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.38549690865648956
- License:
- Abstract: The growth of high-quality superconducting thin film on silicon substrates is essential for quantum computing, and low signal interconnects with industrial compatibility. Recently, the growth of $\alpha$-Ta (alpha-phase tantalum) thin films has gained attention over conventional superconductors like Nb and Al due to their high-density native oxide ($Ta_2O_5$), which offers excellent chemical resistance, superior dielectric properties, and mechanical robustness. The growth of $\alpha$-Ta thin films can be achieved through high-temperature/cryogenic growth, ultra-thin seed layers, or thick films (>300 nm). While high-temperature deposition produces high-quality films, it can cause thermal stress, silicide formation at the interface, and defects due to substrate-film mismatch. Room-temperature deposition minimizes these issues, benefiting heat-sensitive substrates and device fabrication. Low-temperature growth using amorphous (defective) seed layers such as TaN and TiN has shown promise for phase stabilization. However, nitrogen gas, used as a source of metallic nitride, can introduce defects and lead to the formation of amorphous seed layers. This study explores using crystalline seed layers to optimize $\alpha$-Ta thin films, demonstrating improved film quality, including reduced surface roughness, enhanced phase orientation, and higher transition temperatures compared to amorphous seed layers like metal nitrides. These advancements could interest the superconducting materials community for fabricating high-quality quantum devices.
- Abstract（参考訳）: シリコン基板上における高品質超伝導薄膜の成長は、量子コンピューティングには不可欠であり、産業的互換性と低信号相互接続が重要である。
近年,高密度ネイティブ酸化物(Ta_2O_5$)によりNb,Alなどの従来の超伝導体に対して,優れた耐化学的特性,優れた誘電特性,機械的強靭性を有する,$\alpha$-Ta(アルファ相タンタル)薄膜の成長が注目されている。
$\alpha$-Ta薄膜の成長は高温/低温成長、極薄シード層、厚膜(>300nm)によって達成できる。
高温成膜は高品質な膜を生成するが、表面における熱応力、シリサイド形成、基板とフィルムのミスマッチによる欠陥を引き起こすことがある。
室温蒸着はこれらの問題を最小化し、感熱性基板とデバイス製造の恩恵を受ける。
TaNやTiNなどの非晶質(欠陥性)シード層を用いた低温成長は相安定化の可能性を示唆している。
しかし、窒化金属の原料として使われる窒素ガスは欠陥を導入し、非晶質の種子層を形成する。
本研究では結晶性シード層を用いて$\alpha$-Ta薄膜を最適化し,金属窒化物などの非晶質シード層と比較して表面粗さの低減,位相配向の増強,転移温度の上昇など,フィルム品質の向上を実証した。
これらの進歩は、高品質の量子デバイスを製造するための超伝導材料コミュニティに興味を持つかもしれない。
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