論文の概要: Surface Optimization of Aluminum Resonators for Robust Quantum Device Fabrication

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.04082v1
• Date: Wed, 07 Jan 2026 16:49:53 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-09 02:15:23.688892
• Title: Surface Optimization of Aluminum Resonators for Robust Quantum Device Fabrication
• Title（参考訳）: ロバスト量子デバイス製造のためのアルミニウム共振器の表面最適化
• Authors: Simon J. K. Lang, Ignaz Eisele, Alwin Maiwald, Emir Music, Luis Schwarzenbach, Carla Morán-Guizán, Johannes Weber, Daniela Zahn, Thomas Mayer, Rui N. Pereira, Christoph Kutter,
• Abstract要約: Al共振器の後処理戦略は未開発のままである。 Al共振器の表面改質法は低温測定に先立って24時間遅れた。 HF蒸気はAl2O3を保存しながらSiO2を選択的にエッチングし, リン酸は反対の選択性を示した。
• 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: Aluminum remains the central material for superconducting qubits, and considerable effort has been devoted to optimizing its deposition and patterning for quantum devices. However, while post-processing of Nb- and Ta-based resonators has been widely explored, primarily focusing on oxide removal using buffered oxide etch (BOE), post-treatment strategies for Al resonators remain underdeveloped. This challenge becomes particularly relevant for industry-scale fabrication with multichip bonding, where delays between sample preparation and cooldown require surface treatments that preserve low dielectric loss during extended exposure to ambient conditions. In this work, we investigate surface modification approaches for Al resonators subjected to a 24-hour delay prior to cryogenic measurement. Passivation using self-limiting oxygen and fluorine chemistries was evaluated utilizing different plasma processes. Remote oxygen plasma treatment reduced dielectric losses, in contrast to direct plasma, likely due to additional ashing of residual resist despite the formation of a thicker oxide layer on both Si and Al surfaces. A fluorine-based plasma process was developed that passivated the Al surface with fluorine for subsequent BOE treatment. However, increasing fluorine incorporation in the aluminum oxide correlated with higher loss, identifying fluorine as an unsuitable passivation material for Al resonators. Finally, selective oxide removal using HF vapor and phosphoric acid was assessed for surface preparation. HF vapor selectively etched SiO2 while preserving Al2O3, whereas phosphoric acid exhibited the opposite selectivity. Sequential application of both etches yielded dielectric losses as low as $δ_\mathrm{LP} = 5.2 \times 10^{-7}$ ($Q\mathrm{i} \approx 1.9\,\mathrm{M}$) in the single photon regime, demonstrating a promising pathway for robust Al-based resonator fabrication.
• Abstract（参考訳）: アルミニウムは超伝導量子ビットの中心材料であり、量子デバイスへの堆積とパターンの最適化に多大な努力が注がれている。 しかし, Nb系およびTa系共振器のポストプロセッシングは広く研究されているが, 主にバッファ酸化膜エッチング(BOE)を用いた酸化物除去に重点を置いているが, Al共振器の後処理戦略は未開発のままである。 この課題は、特にマルチチップボンディングによる産業規模の製造において重要であり、サンプル調製と冷却の遅延は、環境条件下での低誘電損失を抑える表面処理を必要とする。 本研究では, 低温測定に先立って24時間遅れたAl共振器の表面改質手法について検討した。 種々のプラズマプロセスを用いて, 自己制限酸素とフッ素ケミストリーを用いた受動の評価を行った。 リモート酸素プラズマ処理は直接プラズマとは対照的に誘電損失を減少させたが、これはSiとAlの両面により厚い酸化物層が形成されるにもかかわらず残留抵抗が増すためと考えられる。 続くBOE処理のために,Al表面にフッ素を添加したフッ素系プラズマプロセスを開発した。 しかし, 酸化アルミニウム中のフッ素の含有量の増加は損失の増加と相関し, フッ素はAl共振器に不適なパッシベーション材料であることがわかった。 最後に,HF蒸気とリン酸を用いた選択的酸化除去を表面処理のために評価した。 HF蒸気はAl2O3を保存しながらSiO2を選択的にエッチングし, リン酸は反対の選択性を示した。 両方のエッチの連続的な応用は、単一の光子系において$δ_\mathrm{LP} = 5.2 \times 10^{-7}$$$Q\mathrm{i} \approx 1.9\,\mathrm{M}$) の誘電損失を生じさせ、ロバストAlベースの共振器製造のための有望な経路を示した。

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