Los autores reconocen el apoyo financiero de la ROSAS Aeronáutica y del Espacio (NASA) &#39;s y programas APRA. GC también reconoce la Universities Space Research Association para la administración de su nombramiento en la NASA.

1. Línea Microstrip Resonador Fabrication 14 (Figura 3) <ol><li> Limpiar una oblea de silicio sobre aislante (SOI), que tiene una capa de dispositivo de silicio de 0,45 micras de espesor, con H recién mezclado 2 SO 4: H 2 O 2 (3: 1) durante 10 min. A continuación, enjuagar la oblea en agua desionizada durante 10 minutos y se seca con una pistola de nitrógeno. Inmediatamente antes de procesar posteriormente, sumergir la oblea en H2O: HF (10: 1) durante 10 segundos y enjuague en agua desionizada durante 5 min. </li><li> Fabricar una máscara de despegue, que consiste en una germanio (Ge) / fotoprotector positivo tal como S-1811. 15 <ol><li> Spin-capa de la oblea con la bicapa adelgazado positivo fotoprotector (2 partes más delgadas-P: fotoprotector positivo 1 parte) a 4.000 rpm durante 30 segundos y luego depósito por haz de electrones Ge. </li><li> Ge patrón usando fotolitografía por primera aplicación de hexametildisilazano (HMDS) en la oblea durante 1 minuto y luego escindir el exceso a 3.000 rpm durante 30 segundos. </li><li> spin en adelgazado fotoprotector positivo (2 partes más delgadas-P: fotoprotector positivo 1 parte) a 2.000 rpm durante 30 segundos y se hornea en una placa caliente durante 1 minuto a 110 ° C. Utilice un alineador de máscara fotorresistente para exponer y rociar desarrollan resistir con una solución a base de hidróxido de tetrametil amonio. </li><li> Reactiva de iones de grabar la Ge con un SF 6 / plasma de O2 a 70 W. Ash resina fotosensible subyacente con plasma de O2 para lograr rebajada de resina fotosensible. </li><li> DC-magnetrón plano de niobio por pulverización catódica de depósito (Nb) del suelo con el 3,7 Tm de argón (Ar) a 500 W y lo despega mediante la colocación de la oblea dentro de un vaso de precipitados de acetona-llenado durante 4 horas. </li></ol></li><li> bisbenzocyclobutene Spin-capa (BCB) a 4.000 rpm durante 30 segundos en la superficie recubierta de Nb de la oblea SOI y a una superficie de otra lámina de silicio. Unir las dos superficies BCB recubiertos junto con 3 bar de presión a 200 ° C. </li><li> Manualmente flip pila de obleas al revés para comenzar el procesamiento de la parte trasera de la oblea SOI. </li><li>Etch la oblea de silicio mango por lapeado mecánico utilizando Al 2 O 3 en suspensión, seguido por ataque iónico reactivo profundo utilizando el proceso de Bosch 16 Etch el enterrado capa de SiO 2 con H 2 O:. HF (10: 1) durante 20 min. </li><li> Depósito de nitruro de molibdeno (Mo 2 N) utilizando DC de pulverización catódica reactiva a 700 W y 3,3 Tm (Ar: N 2 = presión parcial 7: 1). resonadores patrón girando a 2000 rpm durante 30 segundos y hornear a 180 ° C durante 2 min seguido de hilatura adelgazados fotorresistente positivo (2 partes más delgada-P: fotorresistente positivo 1 parte) a 2000 rpm durante 30 s. Desarrollar fotorresistente en una solución a base de hidróxido de tetrametil amonio y cenizas en un grabador de iones reactivos. Etch Mo 2 N con una solución a base de ácido fosfórico. </li><li> Fabricar una máscara lift-off que consiste en una bicapa Ge / PMMA haciendo girar en el polimetilmetacrilato (PMMA) a 5.000 rpm durante 30 seg y hornear a 180 ° C durante 2 min seguido de dep haz de electronesOSICIÓN de Ge. Por pulverización catódica de depósito líneas de transmisión de Nb y levante en acetona (consulte el paso 1.2, con la excepción de que la resina fotosensible positiva está sustituido con PMMA). </li><li> En algunas realizaciones, radio-frecuencia (RF) por pulverización catódica de depósito de SiO 2, modelo que haciendo girar con fotorresistencia positiva y grabar en una solución basada fluorhídrico-ácido. A continuación, levante una película delgada depositada por pulverización catódica Nb usando una máscara fotorresistente despegue germanio / positiva como se detalla en el paso 1.2. </li></ol> 2. Procedimiento para la instalación del resonador de microondas de la viruta en el paquete de prueba <ol><li> Diseño y la máquina de un paquete de prueba que consiste en oro (Au) de la cavidad de cobre recubierta (con una base y tapa) que coincide con las dimensiones de chips de resonador, entrada de línea de alimentación y ubicaciones de salida. NOTA: El tamaño de la cavidad de la carcasa se debe especificar para soportar una operación de un solo modo con acoplamiento parásito mínima sobre la banda de interés. </li><li> Diseño y fabricar una impedancia de microondas ventilador-ou controladat placa 17 para enrutar las señales entre la versión conectores subminiatura A (SMA) chip y. </li><li> Inserte los conectores SMA en la entrada y salida del módulo de ensayo de manera que el pasador de conductor central está alineado sobre la almohadilla de contacto oculto bajo el abanico de salida correspondiente. Aplicar una máscara de soldadura para proteger contra cortocircuito, y aplicar la soldadura en la región de la espiga del conductor central. Coloque el paquete en un plato caliente y calentar a 200 ° C durante ~ 5 minutos para derretir la soldadura. Dejar enfriar y luego quite la máscara de soldadura. </li><li> Montar el chip resonador de este tipo en el que las almohadillas de salida de línea de alimentación en un chip y de entrada se acercan y se alinea con la correspondiente guía de ondas coplanar bordo abanico de salida (CPW) líneas cavidad del envase de cobre con recubrimiento de Au. Asegurar el chip con clips de cobre que hacen contacto en los bordes de las esquinas del chip. </li><li> Coloque los enlaces del alambre superconductor de Al entre el tablero y el abanico de salida en el chip almohadillas de contacto. Colocar un número máximo (~ 4 en el caso que aquí se presenta - véase <strong&gt; Figura 4), ​​de ~ ~ soldaduras de hilos 500-600-m-largas de 250 micras-en-altura, para proporcionar adaptación de impedancia entre la entrada y salidas de conector SMA y la línea de transmisión CPW en el chip. </li><li> Después de alambre de unión, con un multímetro comprobar la resistencia de CC entre los pines centrales de los conectores de entrada y salida, y entre un pasador central y suelo, para confirmar que no es una conexión eléctrica entre los dos pines en el centro y una conexión abierta entre el centro la línea y tierra. </li></ol> 3. Procedimiento para la instalación del resonador de microondas en un banco de pruebas de microondas criogénicos de helio-3 <ol><li> Montar el banco de pruebas como en la configuración mostrada en la Figura 2, en la que una serie de cables de SMA se encaminan desde RT a la etapa fría 0,3-K en la que se monta el dispositivo. </li><li> Instalar cobre (Cu) y cables superconductores de niobio-titanio (NbTi) como se muestra en la Figura 2 para proporcionar una baja pérdida de microondas y, en elcaso de los cables NbTi, una conductancia térmica baja. Utilice los cables NbTi como una rotura de puente térmico entre el 2-K y 0,3 K-etapas. </li><li> Montar un amplificador criogénico Transistores HEMT (HEMT) en la etapa 2-K en la línea de salida para la amplificación de bajo ruido en la banda del dispositivo resonador e instalar un dispositivo de circulación. </li><li> Inserte un dispositivo de circulación criogénico en la línea de salida a la entrada de este amplificador. </li><li> Montar los dispositivos resonadores envasados ​​en un soporte atornillado a la fase fría 0,3-K. </li><li> Conectar un atenuador de microondas en el lado de entrada del paquete para proporcionar una terminación emparejado y conectar los cables de SMA apropiadas para esta entrada atenuador y salida de paquetes. Asegúrese de que estas terminaciones de impedancia controlada son bien adaptado y están lo más cerca posible del dispositivo bajo prueba como sea posible - que definen el &quot;plano de calibración del dispositivo&quot; (ver Figura 2). </li><li> Cerrar el criostato. Siga el procedimiento estándar para enfriar el dispositivos a 0,3 K. </li></ol> 4. Procedimiento para las mediciones de microondas Resonador <ol><li> Ajuste el VNA para escanear a través de una amplia banda de frecuencias (10 MHz - 8 GHz, para el dispositivo considerado aquí) en las frecuencias de diseño dispositivo bajo prueba. Ajustar los niveles de potencia del VNA a niveles adecuados para el dispositivo bajo prueba (~ -30 dBm, para el dispositivo considerado aquí). NOTA: Asegúrese de que el nivel de potencia de RF de entrada es lo suficientemente bajo como para que no se exceda la corriente crítica del resonador superconductor microondas y línea de alimentación superconductor. Asegúrese de que el nivel de potencia es lo suficientemente alto como para proporcionar una adecuada relación señal-ruido. </li><li> Calibrar los cables de RF flexibles siguiente procedimiento estándar abierto corto-Load-Thru (SOLT), siguiendo las instrucciones de software VNA se encuentran en el manual de VNA. Insertar en cortocircuito, abierto, terminado y a través de las normas en la salida de cada uno de los cables flexibles, que ruta desde el analizador de redes vectorial y que más tarde se conectará a la entradadel criostato para las mediciones. Esta calibración se define el &quot;plano de referencia del instrumento&quot; (por ejemplo, véase la Figura 2). </li><li> Siguiendo esta calibración SOLT, verificar la fidelidad de la calibración mediante la confirmación de que la transmisión, S 21, con el a través de la línea conectada mide con el VNA, tiene errores residuales bajas (es decir, la respuesta está en ~ nivel 0 dB y S 11 y S 22 son bajos, por ejemplo, ≤ -50 dB). </li><li> Conectar los cables flexibles para las líneas de entrada y de salida del criostato. </li><li> Encienda el amplificador de microondas criogénico mediante la aplicación de la tensión de polarización CC requerida como se especifica en la documentación proporcionada por la compañía para el amplificador de microondas. </li><li> En primer lugar, completar una exploración de banda ancha de VNA (10 MHz - 8 GHz, para el dispositivo considerado aquí) para observar la estructura de base 21 y S para buscar cualquier Q alta aguda &lt;/ Em&gt; estructuras indicativos de resonadores de microondas. </li><li> A continuación, reducir la gama de frecuencia (a ~ 2-4 GHz, para el dispositivo considerado aquí) y ajustar el número de puntos de datos (~ 30.000 para el dispositivo considerado aquí) de la VNA a escanear a través de la banda de resonador. Utilice una banda de frecuencia lo suficientemente ancho para proporcionar un período de línea de base adecuada para ataques posteriores a esta línea de base para llevar a cabo una calibración in situ (véase la discusión en la introducción). NOTA: Dependiendo del nivel de ruido, aumentar el número de promedios, o reducir el ancho de banda IF para mejorar la relación señal-ruido. </li><li> Guarde estas exploraciones de datos VNA de los datos de transmisión complejos a presentar para la post-medición de calibración in situ, y el análisis y la extracción de los factores de calidad y frecuencias de resonancia. 11 </li></ol>

<ol>
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J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MAKO:+a+pathfinder+instrument+for+on-sky+demonstration+of+low-cost+350+micron+imaging+arrays.">MAKO: a pathfinder instrument for on-sky demonstration of low-cost 350 micron imaging arrays.</a> Proc. SPIE. 8452, 84520P (2012).</li><li>Mazin, B. A., Bumble, B., Meeker, S. R., O'Brien, K., McHugh, S., Langman, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+superconducting+focal+plane+array+for+ultraviolet,+optical,+and+near-infrared+astrophysics.">A superconducting focal plane array for ultraviolet, optical, and near-infrared astrophysics.</a> Opt. Express. 20 (2), 1503-1511 (2012).</li><li>Mazin, B. 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H., Vijay, R., Siddiqi, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+Crystal+Silicon+Capacitor+with+Low+Microwave+Loss+in+the+Single+Photon+Regime.">Single Crystal Silicon Capacitor with Low Microwave Loss in the Single Photon Regime.</a> Appl. Phys. Lett. 98 (17), 172510 (2011).</li><li>Cataldo, G., Hsieh, W. T., Huang, W. C., Moseley, S. H., Stevenson, T. R., Wollack, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-Spec:+an+ultracompact,+high-sensitivity+spectrometer+for+far-infrared+and+submillimeter+astronomy.">Micro-Spec: an ultracompact, high-sensitivity spectrometer for far-infrared and submillimeter astronomy.</a> Appl. Opt. 53 (6), 1094-1102 (2014).</li></ol>

Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia.

El proceso de fabricación de un solo flip proporciona un medio para la realización de resonadores superconductores a ambos lados de un sustrato de Si de cristal único de 0,45 micras delgada. Uno puede estar motivado para utilizar un solo cristal de Si dieléctrica, ya que tiene más de un orden de magnitud menor que la pérdida dieléctricos depositados (por ejemplo, Si 3 N 4) con la tangente de pérdida en el rango de 4,0 a 6,5 GHz &lt;1 x 10 - 5. 23-24 La capacidad de mod...

Los avances en la instrumentación astrofísica han introducido recientemente resonadores de microondas superconductores para la detección de luz infrarroja 1 -. Resonador 4 Un superconductor responderá a la radiación infrarroja de la energía E = hv&gt; 2Δ (donde h es constante, v de Planck es la frecuencia de la radiación y Δ es la energía hueco superconductor). Cuando el resonador se enfría a una temperatura muy por debajo de la temperatura crítica del superconductor, esta radiación incidente rompe pares de Cooper en el volumen del resonador y genera excitaciones cuasipartícula. El aumento en la densidad de las excitaciones cuasipartícula cambia la inductancia cinética, y por lo tanto la impedancia compleja superficie del superconductor. Esta respuesta óptica se observa como un cambio en la frecuencia de resonancia de frecuencia más baja y una reducción en el factor de calidad del resonador. En el esquema canónico de lectura para un microondas vacasdetector inductancia tic (mkid), el resonador está acoplado a una línea de alimentación de microondas y uno supervisa la transmisión compleja a través de esta línea de alimentación en un solo tono de frecuencia de microondas en la resonancia. Aquí, la respuesta óptica se observa como un cambio tanto en la amplitud y fase de transmisión 5 (Figura 1). Esquemas de multiplexación en dominio de frecuencia son capaces de leer en las matrices de miles de resonadores. 6-7 Para diseñar e implementar instrumentación basada en superconductor resonador con éxito, las propiedades de estas estructuras resonantes tienen que caracterizarse con precisión y eficiencia. Por ejemplo, medidas de precisión de las propiedades de ruido, factores de calidad Q, frecuencias de resonancia (incluyendo su dependencia de la temperatura) y las propiedades de respuesta óptica de resonadores superconductores se desean en el contexto de la física mkid dispositivo, 8 computación cuántica, 9 y la determinación de baja temateriales mperatura propiedades. 10 En todos estos casos, se desea la medición de los parámetros de dispersión de transmisión complejos del circuito. Este trabajo se centra en la determinación del coeficiente de transmisión compleja del resonador, S 21, cuya amplitud y la fase se puede medir con un analizador de redes vectorial (VNA). Idealmente, el plano de referencia VNA (o puerto de prueba) se conectaría directamente al dispositivo bajo prueba (DUT), pero un entorno criogénico normalmente requiere el uso de estructuras de líneas de transmisión adicionales para realizar una rotura de puente térmico entre RT (~ 300 K) y la fase fría (~ 0,3 K en este trabajo; ver fIGURA 2). componentes de microondas adicionales tales como acopladores direccionales, circuladores, aisladores, amplificadores, atenuadores, y los cables de interconexión asociados pueden ser necesarios para preparar adecuadamente, excitar, leer y polarizar el dispositivo de interés. losvelocidades de fase y dimensiones de estos componentes varían cuando el enfriamiento de habitación a temperaturas criogénicas, y por lo tanto afectan a la respuesta observada en el plano de calibración del dispositivo. Estos componentes intermedios entre el instrumento y la influencia dispositivo plano de calibración de la ganancia compleja y necesitan estar apropiadamente en cuenta en la interpretación de la respuesta medida. 11 En teoría, se necesita un esquema que establece el plano de referencia de medición, idéntica a la empleada durante la calibración, en el DUT. Para alcanzar este objetivo, se podría medir los patrones de calibración a través de múltiples-llanuras frescas; Sin embargo, esto plantea limitaciones sobre la estabilidad de la VNA y la repetibilidad del instrumento criogénico, que son difíciles de alcanzar. Para mitigar estas preocupaciones, se podría colocar los estándares necesarios en el entorno de prueba se enfrió y cambiar entre ellos. Este es, por ejemplo, similar a lo que se encuentra en las estaciones de sonda de microondas, Donde las muestras estándar de calibración y se enfrían a 4 K por un flujo de helio líquido continuo o un sistema de ciclo cerrado de refrigeración. 12 Este método se demostró a temperaturas sub-kelvin, pero requiere un bajo consumo de energía, interruptor de microondas de alto rendimiento en el prueba de banda de interés. 13 Por lo tanto, se desea un procedimiento de calibración in situ que representa la respuesta de transmisión instrumental entre el plano de referencia y el plano VNA calibración del dispositivo (Fig ure 2) y que supera las limitaciones de los métodos descritos anteriormente. Este método de calibración criogénico, presentado y discutido en detalle en Cataldo et al. 11, le permite a uno para caracterizar múltiples resonadores a través de una amplia gama de frecuencias en comparación con el ancho de línea resonador y el espaciamiento inter-resonador con una precisión de ~ 1%. Este documento se centrará en los detalles de la fabricación y preparación de muestrasprocesos, procedimientos sepa- configuración de prueba y medición experimentales utilizados para caracterizar los resonadores de microondas superconductor con geometrías de línea plana. 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

resonadores de microondas superconductores son de interés para una amplia gama de aplicaciones, incluyendo para su uso como detectores de microondas cinética de inductancia (MKIDs) para la detección de firmas astrofísicas débiles, así como para aplicaciones de computación cuántica y la caracterización de materiales. En este trabajo, se presentan los procedimientos para la fabricación y caracterización de resonadores de película delgada superconductora de microondas. La metodología de fabricación permite la realización de superconductor de resonadores de línea de transmisión con las características de ambos lados de un dieléctrico de silicio de cristal único atómicamente lisa. Este trabajo describe el procedimiento para la instalación de dispositivos de resonador en un banco de pruebas de microondas y criogénico de enfriamiento por debajo de la temperatura de transición superconductora. La puesta en marcha del banco de pruebas de microondas criogénico permite a uno hacer cuidadosas mediciones de la transmisión de microondas compleja de estos dispositivos resonadores, lo que permite la extracción de la properties de las líneas de superconductores y sustrato dieléctrico (por ejemplo, factores de calidad interno, la pérdida y fracciones de inductancia cinética), que son importantes para el diseño del dispositivo y el rendimiento.

La respuesta de un medio de onda Mo 2 resonador N (Figura 5) fabricada en un dieléctrico de silicio de cristal único de 0,45 micras se validó con esta metodología. En este caso, el acoplamiento a una guía de onda Nb coplanar (CPW) línea de alimentación para la lectura de se logra a través del acoplamiento capacitivo a través de una relación SiO2 dieléctrica por pulverización catódica depositada, en la &quot;H&quot; región en forma en u...

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Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

resonadores de microondas superconductores son de interés para la detección de aplicaciones de computación cuántica, la luz y caracterización de materiales. Este trabajo presenta un procedimiento detallado para la fabricación y caracterización de los parámetros de dispersión resonador superconductor de microondas.

Fabricación y caracterización de resonadores superconductores

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

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10.3K vistas.  NASA Goddard Space Flight Center.  resonadores de microondas superconductores son de interés para la detección de aplicaciones de computación cuántica, la luz y caracterización de materiales. Este trabajo presenta un procedimiento detallado para la fabricación y caracterización de los parámetros de dispersión resonador superconductor de microondas. 

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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.

Simulación, Fabricación y Caracterización de THz Amortiguadores metamateriales

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

Investigación

Ingeniería

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).

Fabricación y caracterización de guías de onda de cristal fotónico luz lenta y cavidades

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.

Microondas Fotónica sistemas basados ​​en resonadores-gallery-mode Whispering

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.

Diseño, Fabricación y Caracterización Experimental de Plasmónicos Emisores terahercios fotoconductoras

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.

Fabricación y Caracterización de Polímeros desordenados Fibras ópticas para Transversal Anderson Localización de Luz

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.

Fabricación y Pruebas de microfluidos optomecánicos Osciladores

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.

Patrones través ópticos saturable Transiciones - Fabricación y Caracterización

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.

Óhmico Contacto Fabricación Usando una técnica enfocada-ion Beam y Eléctrica Caracterización de Nanoestructuras capa semiconductora

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.

La fabricación de la impresión a granel heterounión células solares y<em&gt; In Situ</em&gt; Morfología Caracterización

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).

Estimulada Stokes y Antistokes Raman Scattering en microesférico Whispering Gallery Mode resonadores

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