論文の概要: On-chip stencil lithography for superconducting qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.17005v2
• Date: Wed, 20 Aug 2025 07:03:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-21 14:45:44.841571
• Title: On-chip stencil lithography for superconducting qubits
• Title（参考訳）: 超伝導量子ビットのためのオンチップステンシルリソグラフィ
• Authors: Roudy Hanna, Sören Ihssen, Simon Geisert, Umut Kocak, Matteo Arfini, Albert Hertel, Thomas J. Smart, Michael Schleenvoigt, Tobias Schmitt, Joscha Domnick, Kaycee Underwood, Abdur Rehman Jalil, Jin Hee Bae, Benjamin Bennemann, Mathieu Féchant, Mitchell Field, Martin Spiecker, Nicolas Zapata, Christian Dickel, Erwin Berenschot, Niels Tas, Gary A. Steele, Detlev Grützmacher, Ioan M. Pop, Peter Schüffelgen,
• Abstract要約: ヨーゼフソン接合部(JJs)の影の蒸発によく用いられる有機レジストは、残留汚染、熱安定性の低下、典型的な表面洗浄条件下での相溶性に制限がある。 我々はJJ製造のための無機SiO$_3$N$_4$オンチップステンシルリソグラフィーマスクを開発した。 ステンシルマスクはアグレッシブ洗浄剤に耐性があり、1200degCまでの高温に耐え、JJ材料探索とインターフェース最適化のための新たな道を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
• Abstract: Improvements in circuit design and more recently in materials and surface cleaning have contributed to a rapid development of coherent superconducting qubits. However, organic resists commonly used for shadow evaporation of Josephson junctions (JJs) pose limitations due to residual contamination, poor thermal stability and compatibility under typical surface-cleaning conditions. To provide an alternative, we developed an inorganic SiO$_2$/Si$_3$N$_4$ on-chip stencil lithography mask for JJ fabrication. The stencil mask is resilient to aggressive cleaning agents and it withstands high temperatures up to 1200{\deg}C, thereby opening new avenues for JJ material exploration and interface optimization. To validate the concept, we performed shadow evaporation of Al-based transmon qubits followed by stencil mask lift-off using vapor hydrofluoric acid, which selectively etches SiO$_2$. We demonstrate average $T_1 \approx 75 \pm 11 \mu$s over a 200 MHz frequency range in multiple cool-downs for one device, and $T_1 \approx 44\pm 8 \mu$s for a second device. These results confirm the compatibility of stencil lithography with state-of-the-art superconducting quantum devices and motivate further investigations into materials engineering, film deposition and surface cleaning techniques.
• Abstract（参考訳）: 回路設計の改善と近年の材料や表面クリーニングは、コヒーレント超伝導量子ビットの急速な発展に寄与している。 しかし、ジョセフソン接合部(JJs)の影の蒸発に一般的に用いられる有機レジストは、残留汚染、熱安定性の低下、典型的な表面洗浄条件下での相溶性により制限される。 代替品として,JJ製造用無機SiO$_2$/Si$_3$N$_4$オンチップステンシルリソグラフィーマスクを開発した。 ステンシルマスクはアグレッシブ洗浄剤に耐性があり、1200{\deg}Cまでの高温に耐え、JJ材料探索とインターフェース最適化のための新たな道を開く。 この概念を検証するため,Al系トランスモンキュービットのシャドウ蒸発とステンシルマスクリフトオフを行い,SiO$_2$を選択的にエッチした。 1台のデバイスでは200MHzの周波数帯で平均$T_1 \approx 75 \pm 11 \mu$s、もう1台のデバイスでは$T_1 \approx 44\pm 8 \mu$sを示す。 これらの結果は、ステンシルリソグラフィーと最先端の超伝導量子デバイスとの互換性を確認し、材料工学、膜堆積、表面洗浄技術に関するさらなる研究を動機付けている。

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