Die Autoren erkennen an finanzieller Unterstützung der National Aeronautics and Space Administration (NASA) &#39;s ROSES und APRA-Programme. GC erkennt auch die Universities Space Research Association für seine Ernennung bei der NASA zu verwalten.

1. Micros Leitungsresonator Fabrication 14 (Figur 3) <ol><li> Reinigen eines Silizium-auf-Isolator (SOI) -Wafer, der einen 0,45 um dicken Siliziumvorrichtungsschicht aufweist, mit frisch gemischten H 2 SO 4: H 2 O 2 (3: 1) für 10 min. Dann spülen Sie den Wafer in entsalztem Wasser 10 Minuten lang und mit einem trockenen Stickstoffpistole. Unmittelbar vor der Wafer in H , um anschließend die Verarbeitung, tauchen 2 O: HF (10: 1) für 10 Sekunden und spülen Sie in VE - Wasser für 5 min. </li><li> Fertigen Sie ein Lift-Off - Maske, die aus einem Germanium besteht (Ge) / Positiv - Photoresist wie S-1811. 15 <ol><li> Spin-Beschichtung der Wafer mit ausgedünnten positiven Photoresist-Doppelschicht (2 Teile Verdünner-P: 1 Teil positiver Photoresist) bei 4.000 Umdrehungen pro Minute für 30 Sekunden und dann Elektronenstrahl Ablagerung Ge. </li><li> Muster Ge mit Fotolithographie, indem zuerst Hexamethyldisilazan (HMDS) auf dem Wafer für 1 min und dann ausgliedern das überschüssige bei 3000 Upm für 30 sec. </li><li> Spin auf verdünnte positive Photoresist (2 Teile Verdünner-P: 1 Teil positiver Photoresist) bei 2000 Umdrehungen pro Minute für 30 Sekunden und backen sie auf einer heißen Platte für 1 min bei 110 ° C. Verwenden Sie einen Mask Aligner Photoresist zu belichten und Spray develop mit einem Tetramethylammoniumhydroxid-basierte Lösung widerstehen. </li><li> Reactive-Ionen - ätzen die Ge mit einem SF 6 / O 2 Plasma bei 70 W. Ash zugrundeliegenden Photoresist mit O 2 Plasma zu erreichen Hinterschneidung des Photolacks. </li><li> DC-Magnetron-Sputter-Ablagerung Niob (Nb) Grundebene mit 3,7 mT von Argon (Ar) bei 500 W und heben Sie sie, indem Sie den Wafer innerhalb eines Aceton gefüllte Becher 4 Stunden ab. </li></ol></li><li> Spin-coat Bisbenzocyclobuten (BCB) bei 4000 Upm für 30 sec auf der Nb-beschichtete Oberfläche des SOI-Wafers und auf eine Oberfläche eines anderen Siliziumwafer. Verbinden die beiden BCB-beschichteten Oberflächen zusammen mit 3 bar Druck bei 200 ° C. </li><li> Manuell Flip Waferstapel den Kopf der Verarbeitung der Rückseite des SOI-Wafer zu beginnen. </li><li>Ätzen des Silizium - Substrat-Wafer durch mechanisches Läppen unter Verwendung von Al 2 O 3 Aufschlämmung durch tiefes reaktives Ionenätzen folgte dem Bosch - Verfahren unter Verwendung von 16 Etch die vergrabene SiO 2 -Schicht mit H 2 O:. HF (10: 1) für 20 min. </li><li> Kaution Molybdän - Nitrid (Mo 2 N) unter Verwendung von DC - Magnetron - reaktives Sputtern bei 700 W und 3,3 mT (Ar: N 2 -Partialdruck = 7: 1). Muster Resonatoren durch bei 2000 Upm für 30 sec Spinn- und Einbrennen bei 180 ° C für 2 min, gefolgt von Spinn gedünnt positive Photoresist (2 Teile Verdünner-P: 1 Teil positiver Photoresist) bei 2000 Upm für 30 sec. Entwickeln Photoresist in einer Tetramethylammoniumhydroxid-basierte Lösung und Asche in einem reaktiven Ionenätzer. Ätzen Mo 2 N mit einer Phosphorsäure basierenden Lösung. </li><li> Fabrizieren einen lift-off-Maske, bestehend aus einer Ge / PMMA bilayer auf dem Polymethylmethacrylat (PMMA) bei 5000 Upm für 30 sec durch Verspinnen und Backen bei 180 ° C für 2 min durch Elektronenstrahl dep gefolgtosition von Ge. Sputtern aufbringen Nb Übertragungsleitungen und abheben in Aceton (siehe 1.2 mit Ausnahme zu dem Schritt, dass der positive Photoresist wird mit PMMA ersetzt). </li><li> In einigen Ausführungsformen, Hochfrequenz (RF) durch Sputtern aufbringen SiO 2, Muster durch mit positiven Photoresist Spinn- und in einer Flusssäure - basierte Lösung ätzen. Dann heben Sie eine sputterabgeschiedenes Nb-Dünnfilm unter Verwendung eines Germanium / Positiv-Photoresist liftoff Maske wie detailliert in Schritt 1.2 aus. </li></ol> 2. Verfahren für die Installation der Mikrowellenresonator Chip in Testpaket <ol><li> Design und Maschine ein Paket Test, bestehend aus Gold (Au) beschichteten Kupfer Hohlraum (mit Boden und Deckel), die Resonatorchips Dimensionen entspricht, Zuleitung Eingabe und Ausgabestellen. HINWEIS: Die Hohlraumgröße des Gehäuses sollte eine Single-Mode-Betrieb mit minimalen parasitären Kopplung über das interessierende Band zu unterstützen, anzugeben. </li><li> Konstruktion und Herstellung eine kontrollierte Impedanz Mikrowelle Fan-out Platte 17 zu leiten die Signale zwischen dem Chip und Sub-Miniatur - Version A (SMA) Anschlüsse. </li><li> Legen Sie die SMA-Stecker in den Eingang und Ausgang des Testpakets, so dass der Mittelleiter Stift über dem entsprechenden Fan-Out-Board Kontaktfeld ausgerichtet ist. Übernehmen einer Lötmaske gegen Kurzschlüsse zu schützen und Lötzinn in dem Bereich der Mittelleiterstift. Legen Sie das Paket auf einer heißen Platte und Hitze auf 200 ° C für ca. 5 min das Lot zu schmelzen. Abkühlen lassen und dann die Lötstopplack entfernen. </li><li> Montieren Sie den Resonator-Chip in die Au-beschichtete Kupfer Paket Hohlraum, so dass die On-Chip-Zuführungsleitung Ausgangs- und Eingangs Pads sind in der Nähe und ausgerichtet auf die entsprechenden Fan-Out-Board Koplanarwellenleiter (CPW) Linien. Sichern Sie den Chip mit Kupfer-Clips, die den Kontakt an den Rändern der Ecken des Chips zu machen. </li><li> Platzieren supraleitende Al Drahtverbindungen zwischen dem Fan-Out-Board und On-Chip-Kontaktflächen. Legen Sie eine maximale Anzahl (~ 4 im Fall hier vorgestellt - siehe <strOng&gt; Abbildung 4) von ~ 500-600 &amp; mgr; m lang, ~ 250 &amp; mgr; m-in-Höhe Drahtbonden, Impedanzanpassung zwischen dem SMA - Anschluss Ein- und Ausgänge zur Verfügung zu stellen und die CPW Zuführungsleitung auf dem Chip. </li><li> Nach dem Drahtbonden, überprüfen Sie mit einem Multimeter den DC-Widerstand zwischen den mittleren Pins der Eingangs- und Ausgangsanschlüsse, und zwischen einem Mittelstift und Erde gibt es eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Mittelstifte und eine offene Verbindung zwischen dem Zentrum zu bestätigen Leitung und Masse. </li></ol> 3. Verfahren für die Installation der Mikrowellenresonator in einer kryogenen Helium-3 Mikrowelle Testbed <ol><li> Zusammenbauen testbed wie in der Konfiguration in 2 gezeigt ist , in dem eine Reihe von SMA Kabel von RT auf den 0,3-K Kältestufe geleitet werden , wo die Vorrichtung angebracht werden. </li><li> Installieren Kupfer (Cu) und supraleitenden Niob-Titan (NbTi) Kabel wie in Abbildung 2 zu liefern geringer Mikrowellenverlust und in der gezeigtenBei der NbTi-Kabel, eine niedrige thermische Leitfähigkeit. Verwenden Sie die NbTi Leitungen, die als thermische Trennung zwischen dem 2-K und 0,3-K Stufen. </li><li> Montieren eines kryogenen HEMT (HEMT) -Verstärker an der 2-K Stufe auf der Ausgangsleitung für die rauscharmen Verstärker in dem Band des Resonatorvorrichtung und einen Zirkulator installieren. </li><li> Legen Sie eine kryogene Zirkulator auf der Ausgangsleitung am Eingang dieses Verstärkers. </li><li> Montieren Sie die verpackten Resonatorbauelemente auf einer Halterung verschraubt mit dem 0,3-K Kältestufe. </li><li> Schließen Sie einen Mikrowellen-Dämpfungsglied auf der Eingangsseite des Pakets für abgestimmte Kündigung und die entsprechenden SMA-Kabel an diesem Dämpfungsglied Eingang und Paket-Ausgang anschließen. Stellen Sie sicher , dass diese kontrollierte Impedanz Abschlüsse gut aufeinander abgestimmt sind und so nah an der zu prüfenden Vorrichtung wie möglich - sie die &quot;Gerätekalibrierung Ebene&quot; definieren (siehe Abbildung 2). </li><li> Schließen Sie den Kryostaten auf. Folgen Sie Standardverfahren das Gerät abkühlens bis 0,3 K. </li></ol> 4. Verfahren für die Mikrowellenresonator Messungen <ol><li> Stellen Sie die VNA ein breites Frequenzband abtastet (10 MHz - 8 GHz, für das Gerät hier betrachteten) an den Geräte-under-Test-Design-Frequenzen. Anpassen der Leistungspegel auf der VNA auf geeignete Pegel für den Prüfling (~ -30 dBm, für das Gerät hier in Betracht gezogen). HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass die Eingangs-HF-Leistungspegel niedrig genug ist, um nicht den kritischen Strom des supraleitenden Mikrowellenresonator und supraleitenden Zuleitung zu überschreiten. Sicherzustellen, dass der Leistungspegel hoch genug ist, ein ausreichendes Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu liefern. </li><li> Kalibrieren Sie die flexiblen HF-Kabel folgenden Standardkurz Open-Load-Thru (SOLT-) Verfahren nach VNA Software Richtungen in der VNA-Handbuch. Einfügen in kurzgeschlossene, offene, beendet und thru Standards am Ausgang von jedem der flexiblen Kabel, die Route von dem Vektor-Netzwerkanalysator und welche später mit dem Eingang verbunden werdendes Kryostaten für Messungen. Diese Kalibrierung definiert das &quot;Instrument Referenzebene&quot; ( zum Beispiel siehe Abbildung 2). </li><li> Im Anschluss an diese SOLT- Kalibrierung, überprüfen Sie die Genauigkeit der Kalibrierung , indem bestätigt wird, dass die Übertragung, S 21, mit der durch Linie mit dem VNA gemessen verbunden ist , geringe Restfehler hat ( das heißt, die Reaktion bei ~ 0 dB - Pegel und S 11 und S 22 sind niedrig, zB ≤ -50 dB). </li><li> Verbinden die flexible Leitungen zu den Ein- und Ausgangsleitungen des Kryostaten. </li><li> Schalten Sie den kryogenen Mikrowellenverstärker durch die erforderliche DC-Bias-Spannung angelegt wird, wie in der vom Unternehmen bereitgestellte Dokumentation für den Mikrowellenverstärker angegeben. </li><li> Zuerst füllen Sie einen Breitband - Scan von VNA (10 MHz - 8 GHz, für das Gerät hier betrachteten) , um die S 21 Basisstruktur zu beobachten und für jede scharfe High - Q zu sehen &lt;/ Em&gt; Strukturen indikativ für Mikrowellenresonatoren. </li><li> Dann verengen den Frequenzbereich (bis ~ 2 bis 4 GHz, für das Gerät hier betrachteten) und stellen die Anzahl der Datenpunkte (~ 30.000 für das Gerät hier betrachteten) des VNA über den Resonator Band abzutasten. Verwenden breit genug , um ein Frequenzband eine ausreichende Basis Spanne für spätere Anpassungen an diese Grundlinie , um eine in-situ - Kalibrierung durchzuführen (siehe Diskussion in Einleitung). HINWEIS: Je nach Geräuschpegel, erhöhen Sie die Anzahl der Mittelwerte oder die ZF-Bandbreite reduzieren Signal-Rausch zu verbessern. </li><li> Speichern Sie diese VNA Daten - Scans der komplexen Übertragungsdaten für Nachmessung in-situ - Datei Kalibrierung und Analyse und Gewinnung von Qualitätsfaktoren und Resonanzfrequenzen. 11 </li></ol>

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Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessen haben.

Der Single-Flip Herstellungsverfahren stellt ein Mittel zur Realisierung von supraleitenden Resonatoren auf beiden Seiten einer dünnen 0,45-um-Einkristall-Si-Substrat. Man kann motiviert werden , um eine einkristalline Si-Dielektrikum zu verwenden , weil es mehr als eine Größenordnung geringeren Verlust als abgeschieden Dielektrika (wie Si 3 N 4) mit Dielektrizitätsverlusten im 4,0-6,5-GHz - Bereich hat &lt;1 x 10 - 5 23,24 . Die Fähigkeit, Muster kennzeichnet auf beiden Seiten dieses Substrats ermöglicht es , eine Mikros Resonatordesign zu verwenden, die eine gute Immunität Licht und niedrige Resonator zu Resonator Übersprechens wegzulaufen zur Verfügung stellt. Die lift-off - Technik beschrieben , ermöglicht es die Integrität der Si - Oberfläche gehalten werden, weil keine Aufrauhung der Oberfläche während der Strukturierung des supraleitenden Nb - Dünnfilm eintritt. 15 Dieses Herstellungsverfahren für eine Vielzahl von Strukturen verwendet werden kann , eine supraleitende Mikrostreifenleitung- Architektur und erwartet future Anwendungen sind für Fern-Infrarot - Spektrometer verwendet wird . 25 Die Hauptbegrenzung ist , dass die BCB die Substrate zusammen legt eine obere Grenze für die Verarbeitungstemperatur (~ 250 ° C) zu kleben , verwendet. Kryogenen Messungen der komplexen Übertragung dieser Resonatorvorrichtungen, wie in dem Protokoll beschrieben wird, ermöglichen eine Schlüsselmaterialien Parameter für supraleitende und dielektrische Substratmaterialien und / oder zu überwachen, ihre Reaktion auf fernen Infrarotlicht zu extrahieren. Allerdings Kalibrierung und Vorbereitung des Testaufbaus ist entscheidend für die Fähigkeit, präzise Extraktionen dieser Materialparameter zu tun. Eine Standard-Kalibrierungs SOLT Methodik wurde verwendet, um die Übertragung durch die flexible SMA Kabel von der VNA mit dem Eingang des Kryostaten zu kalibrieren. Das Vorhandensein des HF-Dämpfungsglieds am Geräteeingang und der Zirkulator am Geräteausgang erforderlich angepaßten Abschlüssen vorzusehen. Post-Messung Kalibrierung kann carri seined folgende aus dem Verfahren in-situ - Kalibrierung in Cataldo et al. 11 Dieses Kalibrierverfahren in-situ bewegt die Referenzebene auf das Gerät Ein- und Ausgang (als &quot;Gerätekalibrierung Ebene&quot; bezeichnet in Abb. 2). Es sollte in Schritt 6 des Protokolls Abschnitt 4, eine optimale Spektralbereich und die Anzahl der Datenpunkte müssen aufgezeichnet werden, die sowohl eine angemessene Auswahl der engen Resonatorstrukturen bieten, sondern auch eine Spanne, die die Basislinie über den Resonatoren geht zu ermöglichen, festzustellen, dass zu werden korrekt entfernt. Abseits von den Resonatoren, wird die Basislinie ausreichend entkoppelten unvoreingenommen Amplitudenkalibrierung zu erreichen, so dass die Fehler in den Parametern, die aus der beobachteten Reaktion zu reduzieren. Um die VNA Daten in-situ zu kalibrieren, werden die folgenden Schritte durchgeführt: 1) Fit des komplexen Basislinie durch ein analytisches Modell physikalisch durch die Grundreaktion motiviert; 2) Normalisierungtion der realen und imaginären Teile der Übertragung durch die Sendeamplitude Zwingen von den Resonatoren, um gleich einem entfernt; 3) Korrektur für Variationen in der Verstärkung und die Verlagerung der Referenzebene des Prüflings durch die komplexe Basis fit Teilung aus. Die Einzelheiten dieser Kalibrierungsschritte können in Sec gefunden werden. IV von Cataldo et al. 11 Nachdem die Daten kalibriert worden sind, können die Resonatoren in einer von zwei Weisen modelliert werden. In der ersten, eine phänomenologische Modell auf physikalisch realisierbaren rationalen Funktionen auf Basis der Extraktion der Mittenfrequenzen und Breiten mit einer Genauigkeit von 1% ohne explizite Angabe des Schaltungsnetzwerk (s. V von Cataldo et al. 11) &quot;Resonatoren ermöglicht. In der zweiten, ermöglicht eine ABCD-Matrix - Darstellung der verteilten Übertragungsleitungsschaltung Modellierung der beobachteten Reaktion aus den charakteristischen Impedanzen, Z, und Ausbreitungskonstanten, γ, mitdetaillierte Kenntnis der Bauteilgeometrie (zB Leitungslängen, l - siehe Abb . 2). Selbst konsistente Einschränkungen für die elektromagnetischen konstitutiven Beziehungen zwischen der Dielektrizitätskonstante des Materials und Permeabilität durch Z und γ werden erzwungen Parameter zu extrahieren, wie die kinetische Induktivität Fraktion &quot;Resonatoren und effektiven Index mit einer Genauigkeit von 2% , wenn sie mit elektromagnetischen Simulationen gekoppelt (s. VI von Cataldo et al. 11). Dadurch kann die interne Struktur des Schaltkreises zu studieren.

Advances in astrophysikalischen Instrumentierungs wurden kürzlich supraleitende Mikrowellenresonatoren für die Detektion von Infrarotlicht eingeführt . 1 - 4 Ein supraleitenden Resonator für Infrarotstrahlung Energie E reagieren = hv&gt; 2Δ (wobei h die Plancksche Konstante, v ist die Strahlungsfrequenz und Δ ist die supraleitende Energielücke). Wenn der Resonator auf eine Temperatur deutlich unter dem Supraleiter kritische Temperatur abgekühlt wird, bricht diese einfallende Strahlung Cooper-Paare in dem Resonator Volumen und erzeugt Quasiteilchen-Anregungen. Die Erhöhung der Dichte der Quasiteilchen Anregungen ändert die kinetische Induktivität und damit die komplexe Oberflächenimpedanz des Supraleiters. Diese optische Antwort wird als eine Verschiebung in der Resonanzfrequenz auf niedrigere Frequenz und eine Verringerung des Gütefaktors des Resonators beobachtet. In der kanonischen Ausleseschema für eine Mikrowelle kinetic Induktivität Detektor (MKID) wird der Resonator mit einem Mikrowellenzuführungsleitung gekoppelt ist und eine überwacht die komplexe Übertragung durch diese Speiseleitung mit einer einzigen Mikrowellenfrequenz Ton auf Resonanz. Hier wird die optische Reaktion wird als Änderung beobachtet sowohl in der Amplitude und Phase des Getriebes 5 (Figur 1). Frequenz-Domain Multiplexing - Schemata sind in der Lage Arrays von Tausenden von Resonatoren Auslesens. 6-7 Um erfolgreich zu gestalten und supraleitenden Resonator-basierte Instrumente zu implementieren, müssen die Eigenschaften dieser resonanten Strukturen werden genau und effizient aus. Beispielsweise Präzisionsmessungen der Rauscheigenschaften, Qualitätsfaktoren Q, Resonanzfrequenzen (einschließlich ihrer Temperaturabhängigkeit) und optischen Antworteigenschaften von supraleitenden Resonatoren erwünscht sind im Rahmen der MKID Vorrichtung Physik, 8 Quantencomputing, 9 und die Bestimmung von nieder- temperatur Materialeigenschaften. 10 In allen diesen Fällen wird die Messung der komplexen Übertragungsstreuparameter der Schaltung gewünscht. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Bestimmung der komplexen Übertragungskoeffizienten des Resonators, S 21, dessen Amplitude und Phase kann mit einem Vektor - Netzwerkanalysator (VNA) gemessen werden. Idealerweise würde der VNA Bezugsebene (oder Prüfanschluss) direkt mit dem Gerät unter Test (DUT) verbunden werden, aber eine kryogene Einstellung erfordert normalerweise die Verwendung von zusätzlichen Strukturen Übertragungsleitung eine thermische Trennung zwischen RT (~ 300 K) zu erkennen, und die Kältestufe (~ 0,3 K in dieser Arbeit, siehe Abb ure 2). Zusätzliche Mikrowellenkomponenten wie Richtkoppler, Umwälzpumpen, Isolatoren, Verstärker, Dämpfungsglieder und dazugehörige Verbindungskabel können in geeigneter Weise benötigt werden, vorzubereiten, zu erregen, ausgelesen und vorspannen das Gerät von Interesse. DasPhasengeschwindigkeiten und Abmessungen dieser Komponenten variieren, wenn von Raum zu kryogenen Temperaturen Kühlung und damit beeinflussen sie die beobachtete Reaktion am Gerät Kalibrierungsebene. Diese dazwischenliegenden Komponenten zwischen dem Gerät und dem Gerätekalibrierung Ebene Einfluss auf die komplexe Verstärkung und müssen in geeigneter Weise für die Interpretation der gemessenen Reaktion berücksichtigt werden. 11 In der Theorie wird eine Regelung erforderlich, die die Messreferenzebene, identisch mit dem bei der Kalibrierung verwendet setzt, an der DUT. Um dieses Ziel zu erreichen, könnte man die Kalibrierungsstandards über mehrere kühl-downs messen; jedoch stellt dies Einschränkungen für die Stabilität des VNA und die Wiederholbarkeit des kryogenen Instrument, das nur schwer zu erreichen. Um diese Bedenken zu mildern, könnte man die erforderlichen Standards in der gekühlten Testumgebung platzieren und zwischen ihnen wechseln. Dies ist zum Beispiel ähnlich dem, was in Mikrowellensonde Stationen gefunden wird,, Wobei die Proben- und Eichstandards sind auf 4 K durch einen kontinuierlichen Flüssigheliumstrom oder einem geschlossenen Kreislauf Kühlsystem gekühlt. 12 dieses Verfahren bei Unter Kelvin Temperaturen gezeigt wurde, erfordert aber ein Low-Power - Hochleistungsmikrowellenschalter in der Testband von Interesse. 13 Ein in-situ Kalibrierprozedur ist daher erwünscht , die für die instrumentellen Transmissionsverhalten zwischen der VNA ​​Referenzebene und der Vorrichtung Kalibrierungsebene (Fig ure 2) ausmacht und die die Beschränkungen der oben beschriebenen Verfahren überwindet. Diese kryogenen Kalibrierungsverfahren, dargestellt und im Detail in Cataldo et al. 11, ermöglicht es , mehrere Resonatoren über einen breiten Frequenzbereich im Vergleich zu dem Resonator Linienbreite und zwischen den Resonatoren Abstand mit einer Genauigkeit von ~ 1% zu charakterisieren. Dieses Papier konzentriert sich auf die Details der Probenherstellung und Vorbereitungreitung Prozesse, experimentelle Test - Set-up und Messverfahren verwendet , um supraleitenden Mikrowellenresonatoren mit planaren Liniengeometrien zu charakterisieren. 11

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="715">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Microposit S-1811 Photoresist</td>
			<td style="width:111px;">Shipley</td>
			<td style="width:187px;"></td>
			<td style="width:201px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">BCB</td>
			<td style="width:111px;">Dow</td>
			<td style="width:187px;"></td>
			<td style="width:201px;">3022-35</td>
		</tr>
		<tr height="45">
			<td height="45" style="height:45px;width:216px;">SOI wafers</td>
			<td style="width:111px;">SOITec</td>
			<td style="width:187px;"></td>
			<td style="width:201px;">Fabricated with SmartCutTM process</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Mo</td>
			<td style="width:111px;">Kamis</td>
			<td style="width:187px;"></td>
			<td style="width:201px;">99.99%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Nb</td>
			<td style="width:111px;">Kamis</td>
			<td style="width:187px;"></td>
			<td style="width:201px;">99.95% (excludes Ta)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">E-6 metal etch w/AES</td>
			<td style="width:111px;">Fujifilm</td>
			<td style="width:187px;"></td>
			<td style="width:201px;">CPG Grade</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Acetone</td>
			<td style="width:111px;">JT Baker</td>
			<td style="width:187px;">9005-05</td>
			<td style="width:201px;">CMOS Grade</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">HF dip (1:10)</td>
			<td style="width:111px;">JT Baker</td>
			<td style="width:187px;">5397-03</td>
			<td style="width:201px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PMMA</td>
			<td style="width:111px;">Microchem</td>
			<td style="width:187px;"></td>
			<td style="width:201px;">950 PMMA A2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">GE 7031</td>
			<td style="width:111px;">General Electric</td>
			<td style="width:187px;"></td>
			<td style="width:201px;">Low-temperature adhesive</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Cryogenic Microwave Amplifier</td>
			<td style="width:111px;">MITEQ</td>
			<td>AF S3-02000400-08-CR-4</td>
			<td style="width:201px;">2-4 GHz, gain ~30dB</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">NbTi Semi-rigid SMA cables</td>
			<td style="width:111px;">Coax. Co.</td>
			<td style="width:187px;">SC-086/50-NbTi-NbTi</td>
			<td style="width:201px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Circulator</td>
			<td>PamTech</td>
			<td>CTD1229K</td>
			<td style="width:201px;">return loss &#62; -20 dB from 2-4 GHz</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">RF attenuator</td>
			<td>Weinschel</td>
			<td>Model-4M</td>
			<td style="width:201px;">7 dB attenuation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Flexible SMA cables</td>
			<td style="width:111px;">Teledyne-Storm</td>
			<td>R94-240</td>
			<td style="width:201px;">ACCU-TEST</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Vector Network Analyzer</td>
			<td style="width:111px;">Agilent</td>
			<td>N5242A PNA-X</td>
			<td style="width:201px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Liquid He-4 cryogen</td>
			<td>Praxair&#160;</td>
			<td style="width:187px;"></td>
			<td style="width:201px;"></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:216px;">Liquid N2 cryogen</td>
			<td style="width:111px;">Praxair&#160;</td>
			<td style="width:187px;"></td>
			<td style="width:201px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication and characterization of superconducting resonators

Superconducting Mikrowellenresonatoren sind von Interesse für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich für ihre Verwendung als Mikrowellen-kinetische Induktivität Detektoren (MKIDs) zum Nachweis von schwachen astrophysikalische Signaturen sowie für Quantencomputing-Anwendungen und Materialcharakterisierung. In dieser Arbeit werden Verfahren zur Herstellung und Charakterisierung von Dünnschichtsupraleitenden Mikrowellenresonatoren dargestellt. Die Herstellungsmethode ermöglicht die Realisierung von supraleitenden Übertragungsleitungsresonatoren mit Funktionen auf beiden Seiten eines atomar glatten einkristallinem Silizium Dielektrikums. Diese Arbeit beschreibt das Verfahren für die Installation von Resonatorbauelemente in einer kryogenen Mikrowelle Testbed und Abkühlphase unterhalb der Supraleitungsübergangstemperatur. Der Aufbau des kryogenen Mikrowelle Testbed ermöglicht eine sorgfältige Messungen des komplexen Mikrowellenübertragung dieser Resonatorbauelemente zu tun, um die Extraktion der pr ermöglichenoperties der supraleitenden Leitungen und dielektrischen Substrat (zB interne Qualitätsfaktoren, Verlust und kinetische Induktivität Fraktionen), die für Gerätedesign und Leistung wichtig sind.

Die Reaktion einer Halbwelle Mo 2 N Resonator (5) auf einem dielektrischen 0,45-um - Einkristall-Silizium hergestellt wurde mit dieser Methode bestätigt. In diesem Fall Kopplung mit einer Nb koplanaren Wellenleiter (CPW) Speiseleitung zum Auslesen über eine kapazitive Kopplung durch ein Sputtern abgelagerten SiO 2 dielektrische erreicht wird, in der &quot;H&quot; -förmigen Bereich an einem der offenen Enden des Resonators (siehe Protokoll Abschnitt 1.6). In anderen Fällen sind kapazitive Kopplung mit den Versorgungsleitungen wurde durch Entfernen Regionen in der Nb Masseebene erreicht. Der Resonator in 5 gezeigt ist zeigt , daß die Herstellungstechnik auf beiden Seiten eines ultradünnen einkristalline Siliziumschicht realisiert werden kann für mikroskopische supraleitende Schaltung dargestellt , ohne die Substratoberfläche aufgerauht. Diese Resonatoren stellen die wichtigste Komponente eines MKID und diese Technik ermöglicht eine gute Kontrolle überihre Integrität. Die kryogene Messansatz beschrieben wurde , gekoppelt mit sieben Mo 2 N Resonatoren auf ein Gerät angewandt auf eine einzelne Mikrowellenzuleitung. In Abbildung 6 wird die Größe des gemessenen Transmissionskoeffizienten, S 21 dieser Vorrichtung auf der VNA ​​- Bezugsebene als eine Funktion der Frequenz gezeigt. Hierbei ist die Kopplung von Mikrowellenenergie in den Resonatoren an jedem ihrer Resonanzfrequenzen und damit ein Sprung in der Größenordnung Übertragung zu sehen. Die Wechselwirkung der Resonatoren sowie ihr Zusammenwirken mit dem Kontinuum kann in einer Fano Spektralempfindlichkeit ergeben . 18 - 22 dieser Effekt auch experimentell als eine Interaktion zwischen den Resonatoren mit der relativ breiten Fabry-Perot beobachtet werden können Resonanzen aus stehende Wellen in dem System. Solche Reflexionen erzeugen die dominante spektrale Variation des Observed Instrument Grundlage für die Testkonfiguration hier beschrieben. Die Daten , die durch diese Methodik gesammelt können nach einer in situ-Kalibrierungsverfahren analysiert werden , um die Auswirkungen dieser Wechselwirkungen zu entfernen und die detaillierte Resonator und elektromagnetische Parameter von Interesse zu extrahieren. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/53868/53868fig1.jpg" /> Abbildung 1. Spektrale Empfindlichkeit eines Resonators. Die schwarze Linie zeigt die Transmissionsamplitude eines Resonators in der Dunkelheit mit einer Resonanz bei der Frequenz f 0. Der Anstieg der Quasiteilchen Dichte bewirkt , dass die Resonanz bei f 0 zu einer niedrigeren Frequenz zu bewegen, f 0 -δ f, während gleichzeitig die Amplitude des Signals (gestrichelte Linie) zu ändern. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53868/53868fig1large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53868/53868fig1large.jpg" target="_blank">eine größere Version zu sehen</a>dieser Figur. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/53868/53868fig2.jpg" /> Abbildung 2. Schematische Darstellung des experimentellen Aufbaus. Der Prüfling besteht aus mehreren Mo 2 N Resonatoren gekoppelt mit einem Mikrowellen - Nb Zuleitung durch Koppelkondensatoren, C c. Die gestuften Impedanzresonatoren sind von Nieder- und Hochimpedanz Mikrostrip- Übertragungsleitungen realisiert. 11 Es ausgebildet ist , den Resonator und erhöhen seine harmonische Resonanzfrequenzen entfernt von seiner Grundresonanzfrequenz zu miniaturisieren. Das Übertragungsverhalten durch die Speiseleitung mit einem VNA gemessen mit dem DUT verbunden über Kabel und andere Komponenten. Geändert von Cataldo et al. 11 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53868/53868fig2large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53868/53868fig2large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> : Keep-together.within-page = &quot;1&quot;&gt; <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/53868/53868fig3.jpg" /> Abbildung 3. Micros Resonator Fertigungsfluss. Dieses Schema zeigt den Herstellungsprozess in Protokoll 1 zusammengefasst Dieses Verfahren stellt ein Mittel supraleitende Schaltungen auf beiden Seiten einer ultradünnen einkristallinem Silizium dielektrischen Schicht herzustellen. Geändert von Patel et al. 14 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53868/53868fig3large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53868/53868fig3large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/53868/53868fig4.jpg" /> Abbildung 4. Mikroskopische Aufnahme eines Endes des Resonators Chip im Gehäuse montiert ist . Al Drahtbondverbindungen zwischen dem On-Chip - CPW Nb Schlauch und einem Off-Chip - Fan-Out - Board zu sehen.4large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. <img alt="Abbildung 5" src="/files/ftp_upload/53868/53868fig5.jpg" /> Fig . 5 Mikroskopische Aufnahme von Mo 2 N Mikros Mikrowellenresonator gekoppelt mit einem Nb Speiseleitung zum Auslesen. Die H-förmigen Kupplungsbereich zur CPW Speiseleitung am oberen Teil der Figur und ist auf der Oberseite der Oxidschicht. Die Y-förmigen Struktur liegt in der Unterseite der Figur wird zum Koppeln einige der Resonatoren auf andere Vorrichtungen auf dem Wafer auf eine Mikrostrip-Übertragungsleitung verwendet. Weitere Einzelheiten über den Resonator - Design kann in Cataldo et al. 11 und Patel et al. 14 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53868/53868fig5large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53868/53868fig5large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> &lt;p class = &quot;jove_content&quot; fo: keep-together.within-page = &quot;1&quot;&gt; <img alt="Figur 6" src="/files/ftp_upload/53868/53868fig6.jpg" /> Abbildung 6. Gemessene Übertragungs, S 21, als Funktion der Frequenz (Amplitude nur) zeigt 7 Mo 2 N Resonatoren gekoppelt mit einem einzelnen Mikrowellenzuleitung. Diese Daten in der kryogenen Testbed einen VNA genommen wurden bei 0,3 K verwendet wird . <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53868/53868fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53868/53868fig6large.jpg" target="_blank">um</a> die <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53868/53868fig6large.jpg" target="_blank">sehen eine größere Version dieser Figur.</a>

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Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Superconducting Mikrowellenresonatoren sind von Interesse für die Erfassung von Licht, Quanten-Computing-Anwendungen und Materialcharakterisierung. Diese Arbeit stellt ein detailliertes Verfahren zur Herstellung und Charakterisierung von supraleitenden Mikrowellenresonator Streuparameter.

Herstellung und Charakterisierung von Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

fabrication-and-characterization-of-superconducting-resonators

Nanyang Technological University

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JoVE Journal

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Engineering

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Transmission Line Parameters

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SCIENTISTS IN ACTION

10.3K Aufrufe.  NASA Goddard Space Flight Center.  Superconducting Mikrowellenresonatoren sind von Interesse für die Erfassung von Licht, Quanten-Computing-Anwendungen und Materialcharakterisierung. Diese Arbeit stellt ein detailliertes Verfahren zur Herstellung und Charakterisierung von supraleitenden Mikrowellenresonator Streuparameter. 

Serie: Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers

Metamaterials (MM), artificial materials engineered to have properties that may not be found in nature, have been widely explored since the first theoretical1 and experimental demonstration2 of their unique properties. MMs can provide a highly controllable electromagnetic response, and to date have been demonstrated in every technologically relevant spectral range including the optical3, near IR4, mid IR5 , THz6 , mm-wave7 , microwave8 and radio9 bands. Applications include perfect lenses10, sensors11, telecommunications12, invisibility cloaks13 and filters14,15. We have recently developed single band16, dual band17 and broadband18 THz metamaterial absorber devices capable of greater than 80% absorption at the resonance peak. The concept of a MM absorber is especially important at THz frequencies where it is difficult to find strong frequency selective THz absorbers19. In our MM absorber the THz radiation is absorbed in a thickness of ~ &lambda;/20, overcoming the thickness limitation of traditional quarter wavelength absorbers. MM absorbers naturally lend themselves to THz detection applications, such as thermal sensors, and if integrated with suitable THz sources (e.g. QCLs), could lead to compact, highly sensitive, low cost, real time THz imaging systems.

This protocol outlines the simulation, fabrication and characterization of THz metamaterial absorbers. Such absorbers, when coupled with an appropriate sensor, have applications in THz imaging and spectroscopy.

Simulation, Herstellung und Charakterisierung von THz Metamaterial Absorber

Metamaterials (MM),  artificial materials engineered to have properties that may not be found in  nature, have been widely explored since the first ...

Forschung

Ingenieurwesen

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view and for its considerable potential for practical applications. Slow light photonic crystal waveguides, in particular, have played a major part and have been successfully employed for delaying optical signals1-4 and the enhancement of both linear5-7 and nonlinear devices.8-11
Photonic crystal cavities achieve similar effects to that of slow light waveguides, but over a reduced band-width. These cavities offer high Q-factor/volume ratio, for the realization of optically12 and electrically13 pumped ultra-low threshold lasers and the enhancement of nonlinear effects.14-16 Furthermore, passive filters17 and modulators18-19 have been demonstrated, exhibiting ultra-narrow line-width, high free-spectral range and record values of low energy consumption.
To attain these exciting results, a robust repeatable fabrication protocol must be developed. In this paper we take an in-depth look at our fabrication protocol which employs electron-beam lithography for the definition of photonic crystal patterns and uses wet and dry etching techniques. Our optimised fabrication recipe results in photonic crystals that do not suffer from vertical asymmetry and exhibit very good edge-wall roughness. We discuss the results of varying the etching parameters and the detrimental effects that they can have on a device, leading to a diagnostic route that can be taken to identify and eliminate similar issues.
The key to evaluating slow light waveguides is the passive characterization of transmission and group index spectra. Various methods have been reported, most notably resolving the Fabry-Perot fringes of the transmission spectrum20-21 and interferometric techniques.22-25 Here, we describe a direct, broadband measurement technique combining spectral interferometry with Fourier transform analysis.26 Our method stands out for its simplicity and power, as we can characterise a bare photonic crystal with access waveguides, without need for on-chip interference components, and the setup only consists of a Mach-Zehnder interferometer, with no need for moving parts and delay scans.
When characterising photonic crystal cavities, techniques involving internal sources21 or external waveguides directly coupled to the cavity27 impact on the performance of the cavity itself, thereby distorting the measurement. Here, we describe a novel and non-intrusive technique that makes use of a cross-polarised probe beam and is known as resonant scattering (RS), where the probe is coupled out-of plane into the cavity through an objective. The technique was first demonstrated by McCutcheon et al.28 and further developed by Galli et al.29

Use of photonic crystal slow light waveguides and cavities has been widely adopted by the photonics community in many differing applications. Therefore fabrication and characterization of these devices are of great interest. This paper outlines our fabrication technique and two optical characterization methods, namely: interferometric (waveguides) and resonant scattering (cavities).

Herstellung und Charakterisierung von Photonic Crystal Langsam Lichtwellenleitern und Hohlräume

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

Microwave Photonics Systems Based on Whispering-gallery-mode Resonators

Microwave photonics systems rely fundamentally on the interaction between microwave and optical signals. These systems are extremely promising for various areas of technology and applied science, such as aerospace and communication engineering, sensing, metrology, nonlinear photonics, and quantum optics. In this article, we present the principal techniques used in our lab to build microwave photonics systems based on ultra-high Q whispering gallery mode resonators. First detailed in this article is the protocol for resonator polishing, which is based on a grind-and-polish technique close to the ones used to polish optical components such as lenses or telescope mirrors. Then, a white light interferometric profilometer measures surface roughness, which is a key parameter to characterize the quality of the polishing. In order to launch light in the resonator, a tapered silica fiber with diameter in the micrometer range is used. To reach such small diameters, we adopt the "flame-brushing" technique, using simultaneously computer-controlled motors to pull the fiber apart, and a blowtorch to heat the fiber area to be tapered. The resonator and the tapered fiber are later approached to one another to visualize the resonance signal of the whispering gallery modes using a wavelength-scanning laser. By increasing the optical power in the resonator, nonlinear phenomena are triggered until the formation of a Kerr optical frequency comb is observed with a spectrum made of equidistant spectral lines. These Kerr comb spectra have exceptional characteristics that are suitable for several applications in science and technology. We consider the application related to ultra-stable microwave frequency synthesis and demonstrate the generation of a Kerr comb with GHz intermodal frequency.

The customized techniques developed in our lab to build microwave photonics systems based on ultra-high Q whispering gallery mode resonators are presented. The protocols to obtain and characterize these resonators are detailed, and an explanation of some of their applications in microwave photonics is given.

Mikrowelle Photonics Systems on Whispering-Gallery-Mode-Resonatoren Grundlage

Microwave photonics systems rely fundamentally on the interaction between microwave and optical signals. These systems are extremely promising for various ...

Design, Fabrication, and Experimental Characterization of Plasmonic Photoconductive Terahertz Emitters

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on photoconduction, which has been one of the most commonly used techniques for terahertz generation 1-8. Terahertz generation in a photoconductive emitter is achieved by pumping an ultrafast photoconductor with a pulsed or heterodyned laser illumination. The induced photocurrent, which follows the envelope of the pump laser, is routed to a terahertz radiating antenna connected to the photoconductor contact electrodes to generate terahertz radiation. Although the quantum efficiency of a photoconductive emitter can theoretically reach 100%, the relatively long transport path lengths of photo-generated carriers to the contact electrodes of conventional photoconductors have severely limited their quantum efficiency. Additionally, the carrier screening effect and thermal breakdown strictly limit the maximum output power of conventional photoconductive terahertz sources. To address the quantum efficiency limitations of conventional photoconductive terahertz emitters, we have developed a new photoconductive emitter concept which incorporates a plasmonic contact electrode configuration to offer high quantum-efficiency and ultrafast operation simultaneously. By using nano-scale plasmonic contact electrodes, we significantly reduce the average photo-generated carrier transport path to photoconductor contact electrodes compared to conventional photoconductors 9. Our method also allows increasing photoconductor active area without a considerable increase in the capacitive loading to the antenna, boosting the maximum terahertz radiation power by preventing the carrier screening effect and thermal breakdown at high optical pump powers. By incorporating plasmonic contact electrodes, we demonstrate enhancing the optical-to-terahertz power conversion efficiency of a conventional photoconductive terahertz emitter by a factor of 50 10.

We describe methods for the design, fabrication, and experimental characterization of plasmonic photoconductive emitters, which offer two orders of magnitude higher terahertz power levels compared to conventional photoconductive emitters.

Konstruktion, Fertigung und experimentelle Charakterisierung Plasmonic Photoconductive Terahertz-Emitter

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on ...

Fabrication and Characterization of Disordered Polymer Optical Fibers for Transverse Anderson Localization of Light

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. The developed polymer optical fiber is composed of 80,000 strands of poly (methyl methacrylate) (PMMA) and polystyrene (PS) that are randomly mixed and drawn into a square cross section optical fiber with a side width of 250 &mu;m. Initially, each strand is 200 &mu;m in diameter and 8-inches long. During the mixing process of the original fiber strands, the fibers cross over each other; however, a large draw ratio guarantees that the refractive index profile is invariant along the length of the fiber for several tens of centimeters. The large refractive index difference of 0.1 between the disordered sites results in a small localized beam radius that is comparable to the beam radius of conventional optical fibers. The input light is launched from a standard single mode optical fiber using the butt-coupling method and the near-field output beam from the disordered fiber is imaged using a 40X objective and a CCD camera. The output beam diameter agrees well with the expected results from the numerical simulations. The disordered optical fiber presented in this work is the first device-level implementation of 2D Anderson localization, and can potentially be used for image transport and short-haul optical communication systems.

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. This microstructured fiber can transport a small localized beam with a radius that is comparable to the beam radius of conventional optical fibers.

Herstellung und Charakterisierung von Disordered Optische Polymerfasern für Quer Anderson Localization of Light

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. The developed ...

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including microresonators. However, because of the increased acoustic radiative losses during direct liquid immersion of optomechanical devices, almost all published optomechanical experiments have been performed in solid phase. This paper discusses a recently introduced hollow microfluidic optomechanical resonator. Detailed methodology is provided to fabricate these ultra-high-Q microfluidic resonators, perform optomechanical testing, and measure radiation pressure-driven breathing mode and SBS-driven whispering gallery mode parametric vibrations. By confining liquids inside the capillary resonator, high mechanical- and optical- quality factors are simultaneously maintained.

Parametric optomechanical excitations have recently been experimentally demonstrated in microfluidic optomechanical resonators by means of optical radiation pressure and stimulated Brillouin scattering. This paper describes the fabrication of these microfluidic resonators along with methodologies for generating and verifying optomechanical oscillations.

Herstellung und Prüfung von Mikrofluidik-Optomechanische Oszillatoren

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical Saturable Transitions (POST). In this technique the chemical properties of organic photochromic molecules that undergo single-photon reactions are exploited, enabling rapid top-down nanopatterning over large areas at low light intensities, thereby, allowing for the circumvention of the far-field diffraction barrier.4 Simple, cost-effective, high throughput and resolution alternatives to nanopatterning are being explored, such as, two-photon polymerization5,6, beam pen lithography (BPL)7, scanning electron beam lithography (SEBL), and focused ion beam (FIB) patterning. However, multi-photon approaches require high light intensities, which limit their potential for high throughput and offer low image contrast. Although, electron and ion beam lithographic processes offer increased resolution, the serial nature of the process is limited to slow writing speeds, which also prevents patterning of features over large areas. Beam-pen lithography is an approach towards parallel near-field optical lithography. However, the gap between the source of the beam and the surface of the photoresist needs to be controlled extremely precisely for good pattern uniformity and this is very challenging to accomplish for large arrays of beams. Patterning via Optical Saturable Transitions (POST) is an alternative optical nanopatterning technique for patterning sub-wavelength features1-3. Since this technique uses single photons instead of electrons, it is extremely fast and does not require high light intensities1-3, opening the door to massive parallelization.

We report that the diffraction limit of conventional optical lithography can be overcome by exploiting the transitions of organic photochromic derivatives induced by their photoisomerization at low light intensities.1-3 This paper outlines our fabrication technique and two locking mechanisms, namely: dissolution of one photoisomer and electrochemical oxidation.

Strukturierung via Optical Saturable Transitions - Herstellung und Charakterisierung

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Ohmic Contact Fabrication Using a Focused-ion Beam Technique and Electrical Characterization for Layer Semiconductor Nanostructures

Layer semiconductors with easily processed two-dimensional (2D) structures exhibit indirect-to-direct bandgap transitions and superior transistor performance, which suggest a new direction for the development of next-generation ultrathin and flexible photonic and electronic devices. Enhanced luminescence quantum efficiency has been widely observed in these atomically thin 2D crystals. However, dimension effects beyond quantum confinement thicknesses or even at the micrometer scale are not expected and have rarely been observed. In this study, molybdenum diselenide (MoSe2) layer crystals with a thickness range of 6-2,700 nm were fabricated as two- or four-terminal devices. Ohmic contact formation was successfully achieved by the focused-ion beam (FIB) deposition method using platinum (Pt) as a contact metal. Layer crystals with various thicknesses were prepared through simple mechanical exfoliation by using dicing tape. Current-voltage curve measurements were performed to determine the conductivity value of the layer nanocrystals. In addition, high-resolution transmission electron microscopy, selected-area electron diffractometry, and energy-dispersive X-ray spectroscopy were used to characterize the interface of the metal&#8211;semiconductor contact of the FIB-fabricated MoSe2 devices. After applying the approaches, the substantial thickness-dependent electrical conductivity in a wide thickness range for the MoSe2-layer semiconductor was observed. The conductivity increased by over two orders of magnitude from 4.6 to 1,500 &#937;&#8722;1 cm&#8722;1, with a decrease in the thickness from 2,700 to 6 nm. In addition, the temperature-dependent conductivity indicated that the thin MoSe2 multilayers exhibited considerably weak semiconducting behavior with activation energies of 3.5-8.5 meV, which are considerably smaller than those (36-38 meV) of the bulk. Probable surface-dominant transport properties and the presence of a high surface electron concentration in MoSe2 are proposed. Similar results can be obtained for other layer semiconductor materials such as MoS2 and WS2.

We describe the approaches for the device fabrication and electrical characterization of molybdenum diselenide (MoSe2) layer semiconductor nanostructures with different thicknesses. In addition, the fabrication of ohmic contacts for MoSe2-layer nanocrystals by the focused-ion beam deposition method using platinum (Pt) as a contact metal is described.

Ohmsche Kontakt Fabrication unter Verwendung eines fokussierten Ionenstrahl-Technik und Elektrische Charakterisierung für Layer-Halbleiter-Nanostrukturen

Layer semiconductors with easily processed two-dimensional (2D) structures exhibit indirect-to-direct bandgap transitions and superior transistor ...

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices have used devices prepared by spin coating, a process that is not amenable to large-scale fabrication. This mismatch in device fabrication makes it difficult to translate quantitative results obtained in the laboratory to the commercial level, making optimization difficult. Using a mini-slot die coater, this mismatch can be resolved by translating the commercial process to the laboratory and characterizing the structure formation in the active layer of the device in real time and in situ as films are coated onto a substrate. The evolution of the morphology was characterized under different conditions, allowing us to propose a mechanism by which the structures form and grow. This mini-slot die coater offers a simple, convenient, material efficient route by which the morphology in the active layer can be optimized under industrially relevant conditions. The goal of this protocol is to show experimental details of how a solar cell device is fabricated using a mini-slot die coater and technical details of running in situ structure characterization using the mini-slot die coater.

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Here, we present a protocol to fabricate organic thin film solar cells using a mini-slot die coater and related in-line structure characterizations using synchrotron scattering techniques.

Printing Herstellung von Bulk-Heterosolarzellen und<em&gt; In Situ</em&gt; Morphologie Charakterisierung

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

Stimulated Stokes and Antistokes Raman Scattering in Microspherical Whispering Gallery Mode Resonators

Dielectric microspheres can confine light and sound for a length of time through high quality factor whispering gallery modes (WGM). Glass microspheres can be thought as a store of energy with a huge variety of applications: compact laser sources, highly sensitive biochemical sensors and nonlinear phenomena. A protocol for the fabrication of both the microspheres and coupling system is given. The couplers described here are tapered fibers. Efficient generation of nonlinear phenomena related to third order optical non-linear susceptibility &#935;(3) interactions in triply resonant silica microspheres is presented in this paper. The interactions here reported are: Stimulated Raman Scattering (SRS), and four wave mixing processes comprising Stimulated Anti-stokes Raman Scattering (SARS). A proof of the cavity-enhanced phenomenon is given by the lack of correlation among the pump, signal and idler: a resonant mode has to exist in order to obtain the pair of signal and idler. In the case of hyperparametric oscillations (four wave mixing and stimulated anti-stokes Raman scattering), the modes must fulfill the energy and momentum conservation and, last but not least, have a good spatial overlap.

Efficient generation of nonlinear phenomena related to third order optical non-linear susceptibility &#935;(3) interactions in triply resonant silica microspheres is presented in this paper. The interactions here reported are: Stimulated Raman Scattering (SRS), and four wave mixing processes comprising Stimulated Anti-stokes Raman Scattering (SARS).

Stimulated Stokes und Antistokes Raman Scattering in Mikrosphärische Whispering Gallery-Modus Resona

Dielectric microspheres can confine light and sound for a length of time through high quality factor whispering gallery modes (WGM). Glass microspheres ...