A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
المرنانات الميكروويف فائقة التوصيل هي من مصلحة للكشف عن الضوء، وتطبيقات الحوسبة الكمومية والمواد التوصيف. يعرض هذا العمل إجراءات مفصلة لتصنيع وتوصيف المعلمات مرنان نثر فائقة التوصيل الميكروويف.
المرنانات الميكروويف فائقة التوصيل هي من مصلحة لمجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك استخدامهم للكشف عن الموجات الدقيقة الحركية الحث (MKIDs) للكشف عن التوقيعات الفيزياء الفلكية خافت، وكذلك لتطبيقات الحوسبة الكمومية والمواد التوصيف. في هذه الورقة، وتعرض إجراءات لتصنيع وتوصيف الأغشية الرقيقة المرنانات فائقة التوصيل الميكروويف. منهجية تلفيق تسمح لتحقيق فائقة التوصيل المرنانات نقل الخط مع الميزات على كلا الجانبين من واحدة من الكريستال السليكون عازل السلس بالذرة. يصف هذا العمل الإجراء لتركيب أجهزة مرنان في المرحلة التجريبية الميكروويف المبردة وباردة إلى أسفل تحت درجة حرارة فائقة التوصيل الانتقالية. مجموعة المتابعة للاختبارات الموجات الدقيقة المبردة يسمح احد للقيام قياسات دقيقة للانتقال الموجات الدقيقة معقدة من هذه الأجهزة مرنان، مما يتيح استخراج العلاقات العامةoperties للخطوط فائقة التوصيل والركيزة عازلة (على سبيل المثال، عوامل الجودة الداخلية، وفقدان وكسور الحث الحركية)، التي تعتبر هامة لتصميم الجهاز والأداء.
التقدم في أجهزة الفيزياء الفلكية أدخلت مؤخرا المرنانات الميكروويف فائقة التوصيل للكشف عن الأشعة تحت الحمراء 1 - 4 ووفائقة التوصيل مرنان يستجيب للأشعة تحت الحمراء الطاقة E = HV> 2Δ (حيث h هو ثابت، والخامس بلانك هو تردد الإشعاع وΔ هو وفائقة التوصيل فجوة الطاقة). عندما يتم تبريد مرنان إلى درجة حرارة أقل بكثير من موصل جيد للكهرباء درجة الحرارة الحرجة، وهذا الإشعاع الحادث يكسر أزواج كوبر في حجم مرنان ويولد الإثارات quasiparticle. الزيادة في الكثافة من الإثارات quasiparticle تغير الحث الحركية، وبالتالي مقاومة سطح المعقدة للموصل جيد للكهرباء. لوحظ هذا الرد البصرية تحولا في تردد صدى لأدنى تردد، وانخفاض في معامل نوعية مرنان. في الكنسي مخطط للقراءة خارج لبقرات الميكروويفعرة للكشف عن الحث (MKID)، يقترن مرنان لfeedline الميكروويف واحد يراقب انتقال معقدة من خلال هذا feedline في لهجة تردد الموجات الدقيقة واحدة على صدى. هنا، لوحظ استجابة البصرية وتغيير في كل من السعة ومرحلة انتقال 5 (الشكل 1). خطط مضاعفة تردد المجال قادرة على القراءة من صفوف الآلاف من المرنانات 6-7
لتصميم وتنفيذ بنجاح الأجهزة أساس فائقة التوصيل-مرنان، تحتاج إلى وصفها بدقة وكفاءة خصائص هذه الهياكل الرنانة. على سبيل المثال، قياسات دقيقة للخصائص الضوضاء، ونوعية عوامل س، ترددات الرنين (بما في ذلك اعتماد درجة حرارتها) وخصائص استجابة البصرية من المرنانات فائقة التوصيل والمطلوب في سياق الفيزياء جهاز MKID، 8 الحوسبة الكمومية و 9 و تحديد المنخفضة الشركة المصرية للاتصالاتالمواد mperature خصائص. 10
في كل هذه الحالات، هو المطلوب قياس معلمات الإرسال نثر معقدة الحلبة. ويركز هذا العمل على تحديد معامل انتقال معقدة مرنان، وق 21، التي السعة ومرحلة يمكن قياسه مع محلل شبكة ناقلات (VNA). من الناحية المثالية، الطائرة إشارة VNA (أو ميناء اختبار) من شأنه أن يكون متصلا مباشرة إلى الجهاز تحت الاختبار (DUT)، ولكن إعداد المبردة وعادة ما يتطلب استخدام الهياكل خط نقل إضافية لتحقيق كسر الحرارية بين RT (~ 300 K) و المرحلة الباردة (~ 0.3 K في هذا العمل، وانظر الشكل لدى عودتهم 2). قد تكون هناك حاجة مكونات الميكروويف إضافية مثل المقرنات الاتجاه، المروجون، العوازل، ومكبرات الصوت، المخففات، وكابلات الربط المرتبطة إعداد مناسب، تثير، تلا والتحيز الجهاز من الفائدة. التختلف سرعات المرحلة وأبعاد هذه المكونات عند التبريد من غرفة الى درجات الحرارة المبردة، وبالتالي فإنها تؤثر على الاستجابة لوحظ في الطائرة معايرة الجهاز. هذه المكونات التدخل بين الصك وتأثير جهاز طائرة معايرة الربح معقدة وتحتاج إلى أن تكون تفسيرا سليما في تفسير استجابة مدروسة. 11
من الناحية النظرية، هناك حاجة إلى مخطط يحدد الطائرة إشارة القياس، مماثلة لتلك المستخدمة أثناء المعايرة، في DUT. للوصول إلى هذا الهدف، يمكن للمرء أن قياس معايير المعايرة على عدة هبوطا باردة. ومع ذلك، فإن هذا يشكل قيودا على استقرار VNA والتكرار الصك المبردة، التي يصعب تحقيقها. للتخفيف من حدة هذه المخاوف، يمكن للمرء أن وضع المعايير اللازمة في بيئة اختبار تبريد والتبديل بينهما. وهذا هو، على سبيل المثال، على غرار ما هو موجود في محطات التحقيق الميكروويف، حيث يتم تبريد المعايير عينة والمعايرة إلى 4 K من تدفق الهليوم السائل المستمر أو نظام دورة مغلقة التبريد. وقد تجلى 12 هذه الطريقة في درجات حرارة دون كلفن ولكن يتطلب منخفضة الطاقة وعالية الأداء التبديل ميكروويف في اختبار عصابة من الفائدة. 13
ولذلك فإن المطلوب إجراء المعايرة في الموقع الذي يمثل استجابة انتقال فعال بين الطائرة إشارة VNA والطائرة معايرة الجهاز (الشكل لدى عودتهم 2) والذي يتغلب على القيود المفروضة على الأساليب المذكورة أعلاه. هذه الطريقة معايرة المبردة، تم عرضها ومناقشتها بالتفصيل في كاتالدو وآخرون. 11، يسمح احد لتميز المرنانات متعددة على نطاق الترددات واسعة بالمقارنة مع خط العرض مرنان والتباعد بين مرنان مع دقة ~ 1٪. وسوف تركز هذه الورقة على تفاصيل تلفيق عينة والإعداديةعمليات aration، واختبار مجموعة المتابعة وقياس الإجراءات التجريبية التي تستخدم لوصف المرنانات فائقة التوصيل الميكروويف مع هندستها خط مستو. 11
1. مغير الخط الرنان تصنيع 14 (الشكل 3)
2. إجراءات تركيب ميكروويف الرنان رقاقة في اختبار حزمة
3. إجراءات تركيب ميكروويف الرنان في الميكروويف اختبارات المبردة الهليوم 3
4. إجراءات قياسات الميكرويف الرنان
تم التحقق من صحة الاستجابة من نصف موجة مو 2 N مرنان (الشكل 5) ملفقة على 0.45 ميكرومتر واحدة من الكريستال السليكون عازل مع هذه المنهجية. في هذه الحالة، اقتران الدليل الموجي ملحوظة متحد المستوى يتحقق (CPW) feedline للقراءة من خلال اقتران بالسعة من...
توفر عملية تلفيق الوجه واحد وسيلة لتحقيق المرنانات فائقة التوصيل على جانبي رقيقة 0.45 ميكرون واحدة من الكريستال سي الركيزة. قد يكون الدافع واحد لاستخدام واحدة من الكريستال سي عازل لأنه يحتوي على أكثر من أمر من حجم الخسارة أقل من العوازل المودعة (مثل سي 3 ن 4) ...
الكتاب تعلن أنه ليس لديهم مصالح مالية المتنافسة.
الكتاب يعترف بدعم تمويلي من الورود ادارة الطيران والفضاء الأميركية (ناسا) الصورة والبرامج ابرا. كما يقر GC جمعية أبحاث الفضاء الجامعات لإدارة تعيينه في وكالة ناسا.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Protocol Section 1 | |||
Microposit S-1811 Photoresist | Shipley | ||
BCB | Dow | 3022-35 | |
SOI wafers | SOITec | Fabricated with SmartCutTM process | |
Mo | Kamis | 99.99% | |
Nb | Kamis | 99.95% (excludes Ta) | |
E-6 metal etch w/AES | Fujifilm | CPG Grade | |
Acetone | JT Baker | 9005-05 | CMOS Grade |
HF dip (1:10) | JT Baker | 5397-03 | |
PMMA | Microchem | 950 PMMA A2 | |
Protocol Section 2 | |||
GE 7031 | General Electric | Low-temperature adhesive | |
Protocol Sections 3-4 | |||
Cryogenic Microwave Amplifier | MITEQ | AF S3-02000400-08-CR-4 | 2-4 GHz, gain ~30 dB |
NbTi Semi-rigid SMA cables | Coax. Co. | SC-086/50-NbTi-NbTi | |
Circulator | PamTech | CTD1229K | return loss > -20 dB from 2-4 GHz |
RF attenuator | Weinschel | Model-4M | 7 dB attenuation |
Flexible SMA cables | Teledyne-Storm | R94-240 | ACCU-TEST |
Vector Network Analyzer | Agilent | N5242A PNA-X | |
Liquid He-4 cryogen | Praxair | ||
Liquid N2 cryogen | Praxair |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved