Gli autori riconoscono sostegno finanziario dalla National Aeronautics and Space Administration (NASA) s &#39;ROSES e programmi APRA. GC riconosce anche l&#39;Università Spazio Research Association per amministrare la sua nomina alla NASA.

1. Microstrip Resonator Linea Fabrication 14 (figura 3) <ol><li> Pulire un (SOI) wafer di silicio su isolante, che ha uno strato di silicio dispositivo 0,45 micron di spessore, con H appena miscelato 2 SO 4: H 2 O 2 (3: 1) per 10 min. Risciacquare il wafer in acqua deionizzata per 10 min e asciugare con una pistola di azoto. Immediatamente prima successivamente al trattamento, immergere il wafer in H 2 O: HF (10: 1) per 10 secondi e sciacquare in acqua deionizzata per 5 min. </li><li> Realizzare una maschera lift-off, che consiste di una di germanio (Ge) / fotoresist positivo come S-1811. 15 <ol><li> Spin-coat il wafer con assottigliato doppio strato fotosensibile positivo (2 parti più sottili-P: 1 parte di fotoresist positivo) a 4.000 rpm per 30 secondi e poi deposito fascio elettronico Ge. </li><li> Motivo Ge usando foto-litografia applicando dapprima esametildisilazano (HMDS) sul wafer per 1 min e poi girare l&#39;eccesso a 3.000 rpm per 30 sec. </li><li> Spin on diluito photoresist positivo (2 parti diluente-P: 1 parte photoresist positivo) a 2.000 rpm per 30 sec e cuocere su una piastra calda per 1 min a 110 ° C. Utilizzare un assetto maschera per esporre fotosensibile e spruzzare sviluppano resistere con una soluzione di idrossido a base di tetrametil ammonio. </li><li> Reattivo ioni di etch il Ge con un SF 6 / O 2 al plasma a 70 W. Ash sottostante fotosensibile con O 2 al plasma per ottenere undercut di fotoresist. </li><li> DC-magnetron sputtering piano di sicurezza di niobio (Nb) terra con 3,7 tonnellate di argon (Ar) a 500 W e sollevarlo posizionando il wafer all&#39;interno di un bicchiere di acetone-riempita per 4 ore. </li></ol></li><li> Spin-coat bisbenzocyclobutene (BCB) a 4.000 rpm per 30 sec sulla superficie Nb rivestita del wafer SOI e ad una superficie di un altro wafer di silicio. Incollare le due superfici BCB rivestite assieme 3 bar di pressione a 200 ° C. </li><li> Manualmente capovolgere wafer pila a testa in giù per iniziare l&#39;elaborazione del retro del wafer SOI. </li><li>Etch il wafer di silicio da maniglia lappatura meccanica con Al 2 O 3 slurry, seguita da profonda attacco con ioni reattivi utilizzando il processo Bosch 16 Etch strato sepolto SiO 2 con H 2 O:. HF (10: 1) per 20 min. </li><li> Deposito di molibdeno nitruro (Mo 2 N) utilizzando magnetron sputtering reattivo DC a 700 W e 3,3 Mt (Ar: N 2 pressione parziale = 7: 1). risonatori modello di filatura a 2.000 rpm per 30 sec e cuocerlo a 180 ° C per 2 min seguita da spinning assottigliati photoresist positivo (2 parti diluente-P: 1 parte photoresist positivo) a 2.000 rpm per 30 sec. Sviluppare photoresist in una soluzione di idrossido di tetrametil ammonio basata e cenere in un incisore ioni reattivi. Etch Mo 2 N con una soluzione a base di acido fosforico. </li><li> Realizzare una maschera a distacco costituito da un doppio strato Ge / PMMA facendo girare il polimetilmetacrilato (PMMA) a 5.000 rpm per 30 sec e cuocerlo a 180 ° C per 2 min seguita da dep fascio elettronicoosizione di Ge. Polverizzazione di deposito-linee di trasmissione Nb e sollevare in acetone (fare riferimento al punto 1.2 con l&#39;eccezione che il fotoresist positivo viene sostituito con PMMA). </li><li> In alcune forme di realizzazione, radiofrequenza (RF) sputter-deposito SiO 2, modello dal filatura con photoresist positivo e etch in una soluzione a base di acido fluoridrico-. Poi, sollevare una sottile pellicola Nb polverizzazione-depositato utilizzando un germanio / positivo maschera di resina fotosensibile decollo come descritto al punto 1.2. </li></ol> 2. Procedura per l&#39;installazione di microonde risonatore Chip Package in Test <ol><li> Progettazione e macchina di un pacchetto di prova costituito da oro (Au) cavità di rame Rivestiti (con una base e coperchio), che corrisponde a dimensioni di chip risonatore, ingresso linea di alimentazione e posizioni di uscita. NOTA: La dimensione della cavità dell&#39;alloggiamento dovrebbe essere specificata per supportare un&#39;operazione monomodale con accoppiamento parassita minimo sulla banda di interesse. </li><li> Progettare e fabbricare un controllo impedenza microonde fan-out bordo 17 per instradare i segnali tra il chip e connettori versione sub-miniatura A (SMA). </li><li> Inserire i connettori SMA nel ingresso e l&#39;uscita del pacchetto di prova in modo che il perno conduttore centrale viene allineato sopra il cuscinetto di contatto scheda corrispondente fan-out. Applicare una maschera di saldatura per la protezione contro cortocircuiti e applicare saldatura nella regione del perno conduttore centrale. Posizionare il pacchetto su una piastra calda e riscaldare a 200 ° C per ~ 5 minuti per fondere la saldatura. Lasciate raffreddare e poi togliere la maschera di saldatura. </li><li> Montare il chip risonatore in tali che le pastiglie di uscita linea di alimentazione on-chip e di input sono vicini e allineati al corrispondente scheda complanare guida d&#39;onda fan-out (CPW) linee cavità pacchetto di rame Au-rivestito. Fissare il chip con le clip di rame che fanno contatto ai bordi degli angoli del chip. </li><li> Posizionare superconduttori wire bond Al tra la scheda di fan-out e on-chip cuscinetti di contatto. Posizionare un numero massimo (~ 4 nel caso presentato qui - vedere <strong&gt; Figura 4) di ~ 500-600 micron-lunghi, ~ wire bond da 250 micron-in-altezza, per fornire corrispondenza di impedenza tra l&#39;ingresso connettore SMA e le uscite e la linea di alimentazione CPW on-chip. </li><li> Dopo wire-bonding, con un multimetro verificare la resistenza DC tra i perni centrali dei connettori di ingresso e di uscita, e tra un perno centrale e di terra, per confermare vi è un collegamento elettrico tra i due pin centrali e una connessione aperta tra il centro la linea e la terra. </li></ol> 3. Procedura per l&#39;installazione di microonde risonatore in un criogenico Elio-3 Microonde Testbed <ol><li> Assemblare il banco di prova come nella configurazione illustrata in figura 2, in cui una serie di cavi SMA vengono instradate da RT alla fase a freddo 0,3-K dove verrà montato il dispositivo. </li><li> Installazione di rame (Cu) e cavi superconduttori di niobio-titanio (NbTi) come mostrato in Figura 2 per fornire una bassa perdita di microonde e, incaso dei cavi NbTi, una bassa conducibilità termica. Utilizzare i cavi NbTi come un taglio termico tra il 2-K e 0,3 K-fasi. </li><li> Montare un amplificatore hemt criogenico (HEMT) nella fase 2-K sulla linea di uscita per l&#39;amplificazione a basso rumore nella banda del dispositivo risuonatore e installare un circolatore. </li><li> Inserire un circolatore criogenica sulla linea di uscita in ingresso a questo amplificatore. </li><li> Montare i dispositivi risonatore confezionati su una staffa imbullonata alla fase a freddo 0,3-K. </li><li> Collegare un attenuatore microonde sul lato di ingresso del pacchetto di prevedere terminazione abbinato e collegare i cavi SMA appropriati a questo ingresso attenuatore ed uscita pacchetto. Assicurarsi che queste terminazioni impedenza controllata sono ben abbinati e sono più vicino possibile al dispositivo in prova possibile - definiscono il &quot;piano di calibrazione del dispositivo&quot; (vedi figura 2). </li><li> Primo piano del criostato. Seguire la procedura standard per il raffreddamento del dispositivos a 0,3 K. </li></ol> 4. Procedura per microonde Resonator Misure <ol><li> Impostare la VNA per la scansione su una banda di frequenze (10 MHz - 8 GHz, per il dispositivo qui considerato) alle frequenze disegno dispositivo sottoposto a test. Regolare i livelli di potenza sul VNA a livelli adatti per il dispositivo in prova (~ -30 dBm, per il dispositivo qui considerato). NOTA: Assicurarsi che il livello di potenza RF in ingresso è sufficientemente bassa in modo da non superare la corrente critica del risonatore superconduttore microonde e superconduttore feedline. Assicurarsi che il livello di potenza è sufficientemente elevato da fornire un adeguato rapporto segnale-rumore. </li><li> Calibrare i cavi RF flessibili seguendo la procedura standard Short-Open-Load-Thru (SOLT), seguendo le indicazioni VNA software presenti nel manuale VNA. Inserire in cortocircuito, aperto, chiuso e attraverso standard all&#39;uscita di ciascuno dei cavi flessibili, quale percorso dalla analizzatore di rete vettoriale e che in seguito saranno collegata all&#39;ingressodel criostato per le misurazioni. Questa calibrazione definisce il &quot;piano di riferimento strumento&quot; (ad esempio, vedere la Figura 2). </li><li> Seguendo questa calibrazione SOLT, verificare la fedeltà della calibrazione confermando che la trasmissione, S 21, con il tramite linea collegata misurata con il VNA, ha bassi errori residui (cioè, la risposta è a ~ livello 0 dB e S 11 e S 22 sono basse, ad esempio, ≤ -50 dB). </li><li> Collegare i cavi flessibili per le linee di ingresso e di uscita del criostato. </li><li> Accendere l&#39;amplificatore a microonde criogenico applicando la tensione di polarizzazione CC richiesta come specificato nella documentazione aziendale fornito per l&#39;amplificatore a microonde. </li><li> In primo luogo, completare una scansione a banda larga di VNA (10 MHz - 8 GHz, per il dispositivo considerato qui) per osservare la struttura di base S 21 e per cercare eventuali alta Q tagliente &lt;/ Em&gt; strutture indicativi di risonatori a microonde. </li><li> Poi, restringere la gamma di frequenza (a ~ di 2 - 4 GHz, per il dispositivo qui considerato) e regolare il numero di punti di dati (~ 30.000 per il dispositivo qui considerato) del VNA per la scansione sulla banda risonatore. Utilizzare una banda di frequenze sufficientemente ampia per fornire un adeguato lasso di base per attacchi successivi per questa linea di base per effettuare una calibrazione in-situ (vedi la discussione in Introduzione). NOTA: A seconda del livello di rumore, aumentare il numero di calze, o ridurre la larghezza di banda IF per migliorare il rapporto segnale-rumore. </li><li> Salvare queste scansioni di dati VNA dei dati di trasmissione complessi di presentare istanza di post-misurazione di calibrazione in situ, e l&#39;analisi e l&#39;estrazione dei fattori di qualità e frequenze di risonanza. 11 </li></ol>

<ol>
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S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Density+dependence+of+the+spectral+dielectric+function+across+a+Fano+resonance.">Density dependence of the spectral dielectric function across a Fano resonance.</a> Phys. Rev. B. 57 (7), 3745-3748 (1998).</li><li>Singh, R., Al-Naib, I., Cao, W., Rockstuhl, C., Koch, M., Zhang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Fano+Resonance+in+Symmetry+Broken+Terahertz+Metamaterials.">The Fano Resonance in Symmetry Broken Terahertz Metamaterials.</a> IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 3 (6), 820-826 (2013).</li><li>Giannini, V., Francescano, Y., Amrania, H., Phillips, C. C., Maier, S. 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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>

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

Il processo di fabbricazione singolo-flip fornisce un mezzo per realizzare risonatori superconduttivi su entrambi i lati di un sottile singolo cristallo substrato di Si 0,45 micron. Uno può essere motivati ​​a utilizzare un singolo cristallo Si dielettrico perché ha più di un ordine di grandezza minore perdita di dielettrici depositati (come Si 3 N 4) con tangenti perdita nell&#39;intervallo 4,0-6,5 GHz &lt;1 x 10 - 5. 23-24 La capacità di modello presenta su entrambi ...

I progressi nella strumentazione astrofisica hanno recentemente introdotto superconduttori risonatori a microonde per il rilevamento di luce infrarossa 1 -. 4 A superconduttore risuonatore risponderà alla radiazione infrarossa di energia E = hv&gt; 2Δ (dove h è la costante di Planck, v è la frequenza di radiazione e Δ è l&#39;energia gap superconduttore). Quando il risonatore viene raffreddato ad una temperatura ben al di sotto della temperatura critica superconduttore, questa radiazione incidente rompe coppie di Cooper nel volume risonatore e genera eccitazioni quasiparticella. L&#39;aumento della densità di eccitazioni quasiparticella cambia l&#39;induttanza cinetica, e quindi l&#39;impedenza complessa superficie del superconduttore. Questa risposta ottica è osservato come uno spostamento nella frequenza di risonanza di frequenza inferiore e una riduzione del fattore di qualità del risonatore. Nella canonica schema di read-out per un forno a microonde vaccherivelatore induttanza tic (MKID), il risonatore è accoppiato ad una linea di alimentazione a microonde e un monitoraggio del complesso di trasmissione attraverso la linea di alimentazione in un singolo tono frequenza delle microonde sulla risonanza. Qui, la risposta ottica è osservato come una variazione sia l&#39;ampiezza e la fase di trasmissione di 5 (Figura 1). Schemi di frequenza-dominio multiplexing sono in grado di leggere le schiere di migliaia di risonatori. 6-7 Per progettare e realizzare strumentazione basata superconduttore-risonatore con successo, le proprietà di queste strutture risonanti devono essere caratterizzati in modo accurato ed efficiente. Ad esempio, misure di precisione delle caratteristiche di rumore, fattori di qualità Q, frequenze di risonanza (compresa la loro dipendenza dalla temperatura) e le proprietà ottiche di risposta risonatori superconduttori sono desiderati nel contesto MKID fisica dei dispositivi, 8 quantum computing, 9 e la determinazione di bassa TEmateriali mperature proprietà. 10 In tutti questi casi, la misurazione dei parametri di scattering trasmissione complessi del circuito è desiderato. Questo lavoro si concentra sulla determinazione del coefficiente di trasmissione complessa del risuonatore, S 21, la cui ampiezza e di fase può essere misurata con un analizzatore di rete vettoriale (VNA). Idealmente, il piano di riferimento VNA (o porto test) sarebbe direttamente collegato al dispositivo in prova (DUT), ma un ambiente criogenico normalmente richiede l&#39;utilizzo di strutture di linea di trasmissione supplementari per realizzare un taglio termico tra RT (~ 300 K) e la fase fredda (~ 0,3 K in questo lavoro, vedi fig ure 2). Ulteriori componenti a microonde, quali accoppiatori direzionali, circolatori, isolatori, amplificatori, attenuatori, e cavi di interconnessione associati possono essere necessari per preparare in modo appropriato, eccitare, leggere e pregiudizi il dispositivo di interesse. Ilvelocità di fase e le dimensioni di questi componenti variano durante il raffreddamento da stanza a temperature criogeniche, e quindi influenzano la risposta osservata al piano di calibrazione del dispositivo. Questi componenti che intervengono tra lo strumento e l&#39;influenza piano di calibrazione dispositivo complesso guadagno e hanno bisogno di essere adeguatamente rappresentato in sede di interpretazione della risposta misurata. 11 In teoria, un sistema è necessario che imposta il piano di riferimento di misura, identico a quello impiegato durante la calibrazione, al DUT. Per raggiungere questo obiettivo, si potrebbe misurare gli standard di calibrazione su più cool-bassi; tuttavia, questo pone vincoli sulla stabilità del VNA e la ripetibilità dello strumento criogenico, che sono difficili da raggiungere. Per attenuare queste preoccupazioni, si potrebbe posizionare gli standard necessari per l&#39;ambiente di test raffreddato e passare da uno all&#39;altro. Questo è, ad esempio, simile a quello che si trova in stazioni sonda a microonde, Dove gli standard campione e calibrazione vengono raffreddate a 4 K da un flusso continuo di elio liquido o un sistema a ciclo chiuso di refrigerazione. 12 Questo metodo è stato dimostrato a temperature sub-Kelvin, ma richiede una bassa potenza, ad alte prestazioni interruttore microonde nella Test banda di interesse. 13 Una procedura di calibrazione in-situ è quindi desidera che rappresenta la risposta di trasmissione strumentale tra il piano di riferimento VNA e il piano di calibrazione del dispositivo (fig ure 2) e che superi le limitazioni dei metodi sopra descritti. Questo metodo di taratura criogenico, presentato e discusso in dettaglio in Cataldo et al. 11, permette di caratterizzare più risonatori su un&#39;ampia gamma di frequenza rispetto alla larghezza della linea risonatore e spaziatura tra risonatore con una precisione di ~ 1%. Questo articolo si concentrerà sui dettagli del fabbricazione campione e preparazioneprocessi arazione, sperimentali procedure di prova di set-up e di misurazione utilizzati per caratterizzare risonatori a microonde superconduttori con geometrie linea planare. 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

Superconduttori risonatori a microonde sono di interesse per una vasta gamma di applicazioni, tra cui per il loro uso come rivelatori microonde induttanza cinetica (MKIDs) per il rilevamento di firme astrofisici deboli, nonché per applicazioni di calcolo quantistica e caratterizzazione dei materiali. In questo lavoro, le procedure sono presentati per la fabbricazione e la caratterizzazione di film sottile risonatori a microonde superconduttore. La metodologia di fabbricazione permette la realizzazione di superconduttore risonatori trasmissione linea con le caratteristiche su entrambi i lati di un atomicamente liscio dielettrico silicio monocristallino. Questo lavoro descrive la procedura per l&#39;installazione dei dispositivi risonatore in un forno testbed criogenico e raffreddamento sotto della temperatura di transizione superconduttore. Il set-up del microonde testbed criogenico permette di fare misurazioni accurate del complesso trasmissione microonde di questi dispositivi risonatori, consentendo l&#39;estrazione della properties delle linee superconduttori e substrato dielettrico (ad esempio, fattori di qualità interni, perdita e frazioni induttanza cinetica), che sono importanti per la progettazione del dispositivo e le prestazioni.

La risposta di una semionda Mo 2 risonatore N (Figura 5) fabbricato su un dielettrico di silicio monocristallino 0,45 micron è stato convalidato con questa metodologia. In questo caso, l&#39;accoppiamento ad una guida d&#39;onda Nb complanare (CPW) linea di alimentazione per il read-out è ottenuta tramite l&#39;accoppiamento capacitivo attraverso un SiO 2 dielettrico polverizzazione depositato, nel &quot;H&quot; regione sagomata in una delle estre...

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Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Superconduttori risonatori a microonde sono di interesse per il rilevamento di applicazioni calcolo quantistico leggeri e caratterizzazione dei materiali. Questo lavoro presenta una procedura dettagliata per la fabbricazione e la caratterizzazione di superconduttori a microonde parametri risuonatore di scattering.

Fabbricazione e caratterizzazione di superconduttori risonatori

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 Views.  NASA Goddard Space Flight Center.  Superconduttori risonatori a microonde sono di interesse per il rilevamento di applicazioni calcolo quantistico leggeri e caratterizzazione dei materiali. Questo lavoro presenta una procedura dettagliata per la fabbricazione e la caratterizzazione di superconduttori a microonde parametri risuonatore di scattering. 

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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.

Simulazione, fabbricazione e caratterizzazione di THz Assorbitori metamateriale

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

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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).

Fabbricazione e caratterizzazione di guide d&#39;onda fotoniche di cristallo di luce lenta e cavità

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.

Microonde Photonics sistemi basati su risonatori-galleria-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.

Progettazione, fabbricazione, e Sperimentale Caratterizzazione di plasmoniche Emettitori Terahertz fotoconduttive

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.

Fabbricazione e caratterizzazione di polimeri disordinati fibre ottiche per la Trasversale localizzazione di Anderson di Luce

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.

Fabbricazione e la sperimentazione di microfluidici optomechanical Oscillatori

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.

Patterning via ottici saturabili Transitions - fabbricazione e la caratterizzazione

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.

Ohmico Fabrication contatto con una tecnica Focused Ion Beam-e caratterizzazione elettrica per strato semiconduttore Nanostrutture

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 stampa Fabbricazione di massa eterogiunzione celle solari e<em&gt; In Situ</em&gt; Morfologia Caratterizzazione

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).

Stimolata Stokes e Antistokes Raman Scattering in Microspherical Whispering Gallery modalità risonatori

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