Os autores reconhecem apoio financeiro das rosas e dos programas APRA Aeronautics and Space Administration (NASA) &#39;s. GC também reconhece a Universidades Espaço Research Association para administrar sua nomeação na NASA.

1. Microstrip Linha ressonador Fabrication 14 (Figura 3) <ol><li> Limpar uma bolacha de silício sobre isolante (SOI), que tem uma camada do dispositivo de silício de 0,45 um de espessura, com H acabado de misturar 2 SO 4: H 2 O 2 (3: 1) durante 10 min. Em seguida, lavar o wafer em água deionizada por 10 minutos e seque com uma arma de azoto. Imediatamente antes do processamento, posteriormente, mergulhar a bolacha em H 2 O: HF (10: 1) durante 10 seg e de enxaguar em água desionizada, durante 5 min. </li><li> Fabricar uma máscara de lift-off, que consiste de um germânio (Ge) / fotorresistente positivo tal como S-1811. 15 <ol><li> Spin-coat o wafer com diluído bicamada fotorresiste positivo (2 partes mais finas-P: 1 parte fotorresiste positivo) a 4.000 rpm por 30 segundos e, em seguida, depósito por feixe de elétrons Ge. </li><li> Padrão Ge usando a foto-litografia aplicando primeiro hexametildissilazano (HMDS) na bolacha durante 1 min e, em seguida, fiar o excesso a 3000 rpm durante 30 segundos. </li><li> Spin on diluído fotorresiste positivo (2 partes mais finas-P: 1 parte fotorresiste positivo) a 2.000 rpm durante 30 segundos e cozê-lo em uma placa quente para 1 min a 110 ° C. Use um alinhador de máscara para expor fotorresiste e spray desenvolvem resistir com uma solução à base de hidróxido de tetrametilamónio. </li><li> Reativa-ion gravar o Ge com um SF 6 / O 2 plasma a 70 W. Ash subjacente fotorresiste com O2 plasma para alcançar rebaixo de fotorresiste. </li><li> DC-magnetron plano borrifamento de depósito de nióbio (Nb) térreo, com 3,7 milhões de toneladas de argônio (Ar) em 500 W e retire-a, colocando a bolacha dentro de um copo cheio de acetona, durante 4 h. </li></ol></li><li> bisbenzocyclobutene spin-revestimento (BCB) a 4000 rpm durante 30 seg sobre a superfície de Nb-revestido da bolacha SOI e a uma superfície de outra pastilha de silício. Ligar as duas superfícies revestidas com BCB juntamente com 3 bar de pressão a 200 ° C. </li><li> Manualmente aleta pilha wafer de cabeça para baixo para começar a processar parte de trás do wafer SOI. </li><li>Etch a bolacha de silício por punho de polimento mecânico usando o Al 2 O 3 de pasta, seguido por gravação iónica reactiva profunda usando o processo Bosch 16 Etch do enterrado camada SiO 2 com H 2 O:. HF (10: 1) durante 20 min. </li><li> Depósito de molibdénio nitreto (Mo 2 N), utilizando DC pulverização catódica reactiva em 700 W e 3,3 mT (Ar: N2 pressão parcial = 7: 1). ressonadores teste padrão por centrifugação a 2000 rpm durante 30 seg e cozedura a 180 ° C durante 2 min, seguido por fiação diluído fotorresistente positivo (2 partes mais finas-P: 1 parte fotorresistente positiva) a 2.000 rpm durante 30 segundos. Desenvolver fotorresistente em uma solução à base de hidróxido de tetrametil amónio e de cinzas num etcher iões reactivos. Etch Mo 2 N, com uma solução à base de ácido fosfórico. </li><li> Fabricar uma máscara de lift-off consistindo de uma bicamada de Ge / PMMA, girando sobre o polimetilmetacrilato (PMMA) a 5000 rpm durante 30 seg e cozedura a 180 ° C durante 2 min, seguido por dep por feixe de elétronsOSIÇÃO de Ge. Por borrifamento de depósito N ° de linhas de transmissão e levante em acetona (consulte a etapa 1.2, com a excepção de que o fotorresistente positivo é substituído com PMMA). </li><li> Em algumas formas de realização, de rádio-frequência (RF) por pulverização catódica-depósito de SiO2, padrão que por fiação com fotorresiste positivo e gravar em uma solução baseada fluorídrico-ácido. Em seguida, tire uma fina película Nb depositados por borrifamento usando a / máscara fotorresistivo decolagem germânio positiva conforme detalhado na etapa 1.2. </li></ol> 2. Procedimento para Instalação de Microondas ressonador Chip no pacote de teste <ol><li> Concepção e máquina de um conjunto de ensaios que consiste em ouro (Au) cavidade cobre -Revestido (com uma base e tampa) que coincide com dimensões de chips ressonador, entrada de linha de alimentação e locais de saída. NOTA: O tamanho da cavidade da carcaça deve ser especificado para apoiar uma operação de modo único com acoplamento parasita mínima sobre a banda de interesse. </li><li> Projetar e fabricar uma impedância de microondas fã-ou controladat bordo 17 para encaminhar os sinais entre o chip e conectores versão Sub-Miniature A (SMA). </li><li> Inserir os conectores SMA para a entrada e saída do pacote de teste para que o pino condutor central está alinhada sobre a almofada de contacto bordo fan-out correspondente. Aplicar uma máscara para soldar para proteger contra o curto-circuito, e aplicar a solda na região do pino condutor central. Colocar o pacote numa placa de aquecimento e aquecer a 200 ° C durante ~ 5 min para derreter a solda. Deixe esfriar e, em seguida, remover a máscara de solda. </li><li> Montar o chip ressonador na cavidade pacote cobre Au revestido de tal forma que as pastilhas de saída e entrada feedline on-chip estão próximos e alinhado com o correspondente guia de onda coplanar bordo fan-out linhas (CPW). Fixar o chip com os grampos de cobre que fazem contacto com os bordos dos cantos do chip. </li><li> Coloque supercondutores laços de fio de Al entre a placa de fan-out e on-chip de contato. Coloque um número máximo (~ 4 no caso aqui apresentado - veja <strong&gt; Figura 4) de ~ 500-600 mícrons de comprimento, ~ laços de arame 250 mícrons-em-altura, para fornecer jogo de impedância entre a entrada do conector SMA e saídas eo feedline CPW on-chip. </li><li> Depois de fio-ligação, com um multímetro verificar a resistência DC entre os pinos centrais dos conectores de entrada e saída, e entre um pino central e do solo, para confirmar que há uma conexão elétrica entre os dois pinos centrais e de uma conexão aberta entre o centro line e solo. </li></ol> 3. Procedimento para a instalação de micro-ondas ressonador em um criogênico Hélio-3 Testbed Microondas <ol><li> Montar o banco de ensaio, como na configuração mostrada na Figura 2, em que uma série de cabos de SMA são encaminhadas de RT para a fase fria 0,3-K em que o dispositivo vai ser montado. </li><li> Instalação de cobre (Cu) e cabos de supercondutores de nióbio e titânio (NbTi) como mostrado na Figura 2 para proporcionar baixa perda de microondas e, nocaso dos cabos NBTI, uma condutividade térmica baixa. Use os cabos NBTI como uma ruptura térmica entre o 0,3-K fases 2-K e. </li><li> Montar um amplificador criogênico de elétrons de alta mobilidade transistor (HEMT) na fase 2-K na linha de saída para a amplificação de baixo ruído na banda do dispositivo ressonador e instalar um circulador. </li><li> Insira um circulador criogénico na linha de saída na entrada para este amplificador. </li><li> Montar os dispositivos ressonador embalados em um suporte aparafusado à fase fria 0,3-K. </li><li> Conectar um atenuador de microondas no lado de entrada do pacote de prever o termo combinados e ligar os cabos SMA adequadas para esta entrada e de saída do atenuador pacote. Garantir que essas terminações de impedância controlados são bem entrosados ​​e são o mais próximo do dispositivo em teste quanto possível - eles definem o &quot;plano de calibração do dispositivo&quot; (ver Figura 2). </li><li> Feche o criostato. Siga o procedimento padrão para resfriar o dispositivos a 0,3 K. </li></ol> 4. Procedimento para Medidas Microondas ressonador <ol><li> Defina o VNA para digitalizar em uma banda de frequências de largura (10 MHz - 8 GHz, para o dispositivo aqui considerados) às frequências de design do dispositivo em teste. Ajustar os níveis de energia no VNA em níveis adequados para o dispositivo em teste (~ -30 dBm, para o dispositivo considerado aqui). NOTA: Certifique-se de que o nível de potência de RF de entrada é suficientemente baixo de modo a não exceder a corrente crítica do ressonador supercondutor microondas e feedline supercondutor. Certifique-se de que o nível de potência é alta o suficiente para fornecer uma relação adequada entre o sinal e o ruído. </li><li> Calibrar os cabos de RF flexíveis seguindo procedimento padrão Short-Open-Load-Thru (SOLT), seguindo as instruções de software VNA encontrados no manual VNA. Inserção em curto-circuito, aberta, e terminada através de padrões na saída de cada um dos cabos flexíveis, que rota a partir do analisador de rede vector e que mais tarde irá ser ligada à entrada dedo criostato para as medições. Esta calibração define o &quot;plano de referência instrumento&quot; (por exemplo, ver Figura 2). </li><li> Seguindo essa calibração SOLT, verificar a fidelidade da calibração, confirmando que a transmissão, S 21, com o através da linha conectada medido com o VNA, tem erros residuais baixos (ou seja, a resposta é no ~ nível 0 dB e S 11 e S 22 são baixos, por exemplo, ≤ -50 dB). </li><li> Conecte os cabos flexíveis para as linhas de entrada e saída do criostato. </li><li> Ligue o amplificador de microondas criogênico, aplicando a tensão de polarização DC exigido como especificado na documentação fornecida pela empresa para o amplificador de microondas. </li><li> Em primeiro lugar, completar uma varredura de banda larga de VNA (10 MHz - 8 GHz, para o dispositivo considerado aqui) para observar a estrutura de base S 21 e olhar para qualquer Q alta acentuada &lt;/ Em&gt; estruturas indicativas de ressonadores de microondas. </li><li> Em seguida, limitar a gama de frequências (de ~ 2-4 GHz, para o dispositivo considerado aqui) e ajustar o número de pontos de dados (~ 30.000 para o dispositivo considerado aqui) do VNA para fazer a varredura através da banda ressoador. Use uma faixa de frequência ampla o suficiente para fornecer uma extensão de linha de base adequada para ajustes posteriores a esta linha de base para realizar uma calibração in-situ (ver discussão na Introdução). NOTA: Dependendo do nível de ruído, aumentar o número de médias, ou reduzir a largura de banda IF para melhorar a relação sinal-ruído. </li><li> Guarde estas verificações de dados VNA dos dados complexos de transmissão de arquivo para a pós-medição de calibragem in-situ, e análise e extracção de factores de qualidade e frequências de ressonância. 11 </li></ol>

<ol>
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Instrum. 84 (3), 034704 (2013).</li><li>Patel, A., 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=Fabrication+of+MKIDS+for+the+MicroSpec+Spectrometer.">Fabrication of MKIDS for the MicroSpec Spectrometer.</a> IEEE Trans. Appl. 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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>

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

O processo de fabricação-flip única fornece um meio para a realização de ressonadores supercondutores em ambos os lados de uma 0,45 mm substrato fina Si monocristalino. Uma pode ser motivado a usar um único cristal de Si dieléctrico porque tem mais do que uma ordem de grandeza menor do que a perda de dieléctricos depositados (tais como Si 3 N 4) com tangentes perda na gama de 4,0-6,5 GHz &lt;1 x 10 - 5. 23-24 a capacidade de padrão apresenta em ambos os lados deste su...

Os avanços na instrumentação astrophysical introduziram recentemente ressonadores de microondas supercondutores para a detecção de luz infravermelha 1 -. 4 Um supercondutor ressonador irá responder à radiação infravermelha de energia E = hv&gt; 2Δ (em que h é a constante de Planck, v é a frequência de radiação e Δ é a energia gap supercondutor). Quando o ressonador é arrefecida para uma temperatura bem abaixo da temperatura crítica supercondutor, esta radiação incidente quebra pares de Cooper no volume ressonador e gera excitações quasiparticle. O aumento na densidade das excitações quasiparticle muda a indutância cinética e, portanto, a impedância complexa superfície do supercondutor. Esta resposta óptica é observada como uma mudança na frequência de ressonância para frequência mais baixa e uma redução no factor de qualidade do ressonador. No canônica esquema de leitura para um vacas microondasdetector de indutância tic (MKID), o ressonador é acoplado a uma linha de alimentação de microondas e um monitoriza a transmissão complexo através desta linha de alimentação de um único tom de frequência de microondas em ressonância. Aqui, a resposta óptica é observada como uma mudança, tanto na amplitude e fase de transmissão de velocidades 5 (Figura 1). Esquemas de multiplexação no domínio da frequência são capazes de ler as matrizes de milhares de ressonadores 6-7. Para conceber e implementar a instrumentação baseada em supercondutor-ressonador com sucesso, as propriedades destas estruturas ressonantes precisam ser caracterizados com precisão e eficiência. Por exemplo, medições de precisão das propriedades de ruído, factores de qualidade Q, as frequências de ressonância (incluindo a sua dependência da temperatura) e propriedades de resposta ópticos ressonadores de supercondutores são desejados no contexto da MKID física do dispositivo, 8 computação de quantum, 9 e a determinação de baixa temateriais mperatura propriedades. 10 Em todos estes casos, é desejável a medição de parâmetros de difusão complexos de transmissão do circuito. Este trabalho concentra-se na determinação do coeficiente de transmissão do complexo do ressonador, S 21, cuja amplitude e de fase pode ser medido com um analisador de rede vector (VNA). Idealmente, o plano de referência VNA (ou porta de teste) seria ligado directamente ao dispositivo sob teste (DUT), mas uma configuração criogénico requer normalmente a utilização de estruturas de linha de transmissão adicional para realizar um corte térmico entre RT (~ 300 K) e a fase fria (~ 0,3 K neste trabalho, ver Fig ure 2). microondas componentes adicionais, tais como acopladores direcionais, circuladores, isoladores, amplificadores, atenuadores, e cabos de interconexão associados podem ser necessários para preparar adequadamente, excite, lidos e bias o dispositivo de interesse. oAs velocidades de fase e as dimensões destes componentes variam quando o arrefecimento da sala a temperaturas criogénicas, e, portanto, afectar a resposta observada no plano de calibração do dispositivo. Estes componentes intermediários entre o instrumento ea influência dispositivo plano de calibração do ganho complexo e precisa ser devidamente contabilizados na interpretação da resposta medida 11. Em teoria, um esquema é necessário que define o plano de referência de medição, idêntico ao utilizado durante a calibração, no DUT. Para alcançar este objectivo, pode-se medir os padrões de calibração ao longo de vários cool-baixos; No entanto, isto coloca restrições sobre a estabilidade do VNA e a repetibilidade do instrumento criogénico, que são difíceis de atingir. Para atenuar estas preocupações, pode-se colocar os padrões necessários no ambiente de teste arrefecidos e alternar entre elas. Este é, por exemplo, similar ao que é encontrado nas estações de sonda de microondas, Onde os padrões de amostra e de calibragem são arrefecidos a 4 K por um fluxo de hélio líquido contínua ou um sistema de ciclo fechado de refrigeração. 12 Este método foi demonstrada em temperaturas sub-kelvin, mas requer um baixo consumo de energia, interruptor de microondas de alta performance na teste de banda de interesse. 13 Um procedimento de calibração in situ, por conseguinte, é desejado que responde pela transmissão de resposta instrumental entre o plano de referência VNA e o plano de calibração do dispositivo (Fig ure 2) e que ultrapasse as limitações dos métodos acima descritos. Este método de calibração criogénico, apresentados e discutidos em detalhe em Cataldo et al. 11, permite que um para caracterizar vários ressoadores sobre uma vasta gama de frequências em comparação com a largura da linha do ressonador e o espaçamento inter-ressonador com uma precisão de aproximadamente 1%. Este artigo incidirá sobre os detalhes da fabricação de amostra e prepprocessos prepara-, teste de set-up e medição procedimentos experimentais utilizados para caracterizar ressonadores supercondutores de microondas com geometrias linha planar. 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

Supercondutores ressonadores de microondas são de interesse para uma larga gama de aplicações, incluindo para a sua utilização como detectores de microondas cinética de indução (MKIDs) para a detecção de assinaturas astrofísicas leves, bem como para aplicações de computação quântica e caracterização de materiais. Neste trabalho, os procedimentos são apresentados para a fabricação e caracterização de thin-film ressonadores supercondutores de microondas. A metodologia de fabricação permite a realização de supercondutores ressonadores de linha de transmissão com características de ambos os lados de um dielétrico único cristal de silício atomicamente lisa. Este trabalho descreve o procedimento para a instalação de dispositivos de ressonador em um testbed microondas criogênico e de arrefecimento abaixo da temperatura de transição supercondutora. O set-up do testbed microondas criogênico permite fazer medidas cuidadosas da transmissão de microondas complexo destes dispositivos ressonador, permitindo a extração do properties das linhas supercondutoras e substrato dielétrico (por exemplo, fatores internos de qualidade, perda e frações de indutância cinética), que são importantes para o projeto de dispositivos e desempenho.

A resposta de uma meia-onda Mo ressonador N 2 (Figura 5) fabricado em um dielétrico de silício de cristal único de 0,45 uM foi validado com esta metodologia. Neste exemplo, o acoplamento a uma guia de onda Nb complanar (CPW) linha de alimentação para leitura para fora é conseguido através de acoplamento capacitivo através de uma SiO2 dieléctrico depositado por borrifamento, no &quot;H&quot; região em forma de uma das extremidades abertas d...

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Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Supercondutores ressonadores de microondas são de interesse para a detecção de, aplicações de computação quântica leves e caracterização de materiais. Este trabalho apresenta um procedimento detalhado para a fabricação e caracterização de parâmetros ressonador supercondutor de espalhamento de microondas.

Fabricação e caracterização de supercondutores Resonators

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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