高い

Sep 18, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12810 (2023) この記事を引用

メトリクスの詳細

α-Ta/Al2O3 ベースのトランスモン量子ビットの長寿命の発見に興味をそそられた研究者らは、α-Ta 膜がコヒーレンス時間の長いマルチ量子ビットを製造するための有望なプラットフォームであることを最近発見しました。 超伝導量子回路の集積化の要件を満たすための理想的な方法は、工業生産に適合したシリコン基板上にα-Ta 膜を成長させることです。 今回我々は、低損失超電導TiNxバッファ層を備えたSi(100)上にスパッタ成長させたα-Ta膜について報告する。 成長温度範囲が広いα-Ta 膜は、良好な結晶特性を持っています。 500℃で成長させたα-Ta膜の超伝導臨界転移温度(Tc)と残留抵抗率(RRR)は、室温(RT)で成長させたα-Ta膜よりも高い。 これらの結果は、超電導性とα-Ta 膜の材料特性との関係を理解するための重要な実験的手がかりを提供し、将来の産業用超電導量子コンピューター用にシリコン基板上に高品質の α-Ta 膜を製造するための新たな道を切り開きます。

Si または Al2O3 基板上に成長した超電導材料は、結晶性が高く、本質的に誘電損失が低い膜を形成する可能性があるため、超電導量子回路を構築するための材料として研究されています 1、2、3、4、5、6。 最近、研究者らは、長いコヒーレンス時間や高速ゲートなどの超伝導量子ビットの性能を向上させることを目的として、安定した超伝導特性と量子コンピューティング分野で使用される成熟した処理を備えた新しい超伝導膜の探索に取り組んでいます5、7、8、9、10。 、11、12。 表面および界面での誘電損失が低く、高いRRRを示す高品質の超電導膜は、高性能量子ビットの製造に有望です1、2、7、13、14。 特に、α-Ta フィルムを使用して 2D トランスモンを製造すると、デバイスの表面関連損失が低減され、性能が大幅に向上しました 7,8。 したがって、α-Ta 膜は、高性能特性を備えた大規模超電導量子回路を構築するための有望なベース超電導体であり、実用的な超電導量子コンピュータへの道を開きます。 しかし、これらの超伝導量子ビットの研究 7,8 では、α-Ta 膜の成長に使用されたサファイア基板は、貫通ビア技術などの高度な集積化によって容易にスケールアップすることはできません。 対照的に、シリコン基板は大規模集積回路に広く使用されています。 したがって、α-Ta 膜をシリコン基板上に成長させることができるかどうかという疑問が生じるのはごく自然なことです。

内部拡散界面のない Si 基板上に堆積された高温で容易に形成される α-Ta 膜の取得は、Ta が加熱する Si 基板に対して反応性が高いという障害のせいで非常に限られています 15、16、17。 α-Ta 膜は、スパッタリング条件の最適化や下地層の追加などのいくつかの戦略を使用することにより、室温で Si 基板上にうまく堆積することが報告されています 18,19,20,21,22,23,24,25,26。 27、28、29、30。 高温成長と比較して、これらの膜は、RT 堆積の結果として、より小さな粒径、より多くの粒界、およびより多くの表面欠陥を持つ可能性が高く、追加の誘電損失につながる可能性があります。超伝導量子デバイスにおける8,12,13,14,31,32,33。 さらに、これらの研究では、Ta-Si 界面には、デバイス製造フロー中に使用される加熱処理により形成される可能性のある、より厚い非超電導下地層 25、27 または金属シリサイド 15、16、17 が含まれる可能性があります。 これにより、インターフェースでのマイクロ波損失チャネルが増加します12、13、31、32、33。 したがって、超伝導量子ビットの性能を向上させるために、表面と界面での誘電損失を最小限に抑えながら、大きな粒径と低損失超伝導バッファ層との明確な界面を有するα-Ta膜をSi基板上に成長させる新しい方法が必要です。