論文の概要: Krypton-sputtered tantalum films for scalable high-performance quantum devices

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.20091v1
• Date: Tue, 27 Jan 2026 22:24:40 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-29 15:46:06.682196
• Title: Krypton-sputtered tantalum films for scalable high-performance quantum devices
• Title（参考訳）: スケーラブル高性能量子デバイスのためのクリプトンスパッタタンタル薄膜
• Authors: Maciej W. Olszewski, Lingda Kong, Simon Reinhardt, Daniel Tong, Xinyi Du, Gabriele Di Gianluca, Haoran Lu, Saswata Roy, Luojia Zhang, Aleksandra B. Biedron, David A. Muller, Valla Fatemi,
• Abstract要約: タンタル(Ta)薄膜を用いた超伝導量子ビットはマイクロ波共振器と量子ビットの高性能化を実証した。 ここでは, スパッタガスをアルゴンからクリプトン (Kr) に変化させることにより, シリコン (Si) 上でのBCC Ta合成がSI200セシウスの低温で促進されることを示す。 これらの膜は、クリーンリミット超伝導と整合して、かなり高い電気伝導率を有する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 31.35573202055024
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Superconducting qubits based on tantalum (Ta) thin films have demonstrated the highest-performing microwave resonators and qubits. This makes Ta an attractive material for superconducting quantum computing applications, but, so far, direct deposition has largely relied on high substrate temperatures exceeding \SI{400}{\celsius} to achieve the body-centered cubic phase, BCC (\textalpha-Ta). This leads to compatibility issues for scalable fabrication leveraging standard semiconductor fabrication lines. Here, we show that changing the sputter gas from argon (Ar) to krypton (Kr) promotes BCC Ta synthesis on silicon (Si) at temperatures as low as \SI{200}{\celsius}, providing a wide process window compatible with back-end-of-the-line fabrication standards. Furthermore, we find these films to have substantially higher electronic conductivity, consistent with clean-limit superconductivity. We validated the microwave performance through coplanar waveguide resonator measurements, finding that films deposited at \SI{250}{\celsius} and \SI{350}{\celsius} exhibit a tight performance distribution at the state of the art. Higher temperature-grown films exhibit higher losses, in correlation with the degree of Ta/Si intermixing revealed by cross-sectional transmission electron microscopy. Finally, with these films, we demonstrate transmon qubits with a relatively compact, \SI{20}{\micro\meter} capacitor gap, achieving a median quality factor up to 14 million.
• Abstract（参考訳）: タンタル(Ta)薄膜を用いた超伝導量子ビットはマイクロ波共振器と量子ビットの高性能化を実証した。 そのため、Taは超伝導量子コンピューティング応用のための魅力的な材料であるが、これまでのところ、直接堆積は体中心の立方体相であるBCC(\textalpha-Ta)を達成するために \SI{400}{\celsius} を超える高温の基板温度に大きく依存している。 これにより、標準的な半導体製造ラインを利用したスケーラブルな製造における互換性の問題が発生する。 ここでは,アルゴン (Ar) からクリプトン (Kr) へのスパッタガスの交換により, シリコン (Si) 上でのBCC Ta 合成が<SI{200}{\celsius} の低温で促進され, バックエンド・オブ・ザ・ライン製造標準に適合する広いプロセスウインドウが得られることを示す。 さらに, これらの膜は, 極めて高い導電率を有し, クリーンリミット超伝導と一致していることがわかった。 我々は,コプラナー導波路共振器測定によりマイクロ波特性を検証し,SI{250}{\celsius} および \SI{350}{\celsius} に堆積した膜が最先端に密着した性能分布を示すことを示した。 高温成長膜は, 断面透過電子顕微鏡で明らかにしたTa/Si混合度と相関して, 高い損失を示す。 最後に, これらのフィルムを用いて, 比較的コンパクトな, SI{20}{\micro\meter}キャパシタギャップを有するトランスモン量子ビットを実証した。

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