铝谐振器表面优化以实现稳健量子器件制造

铝仍是超导量子比特的核心材料,研究团队已投入大量精力优化其在量子器件中的沉积与图形化工艺。然而,尽管基于铌和钽的谐振腔后处理技术(主要集中在缓冲氧化物刻蚀法去除氧化物)已被广泛探索,铝谐振腔的后处理策略仍显不足。这一挑战在涉及多芯片键合的工业级制造中尤为突出——由于样品制备与低温测试之间存在时间间隔,需要开发能在长时间环境暴露中保持低介电损耗的表面处理方案。 该工作系统研究了铝谐振腔在低温测试前经历24小时延迟的表面改性方法。通过不同等离子体工艺评估了自限制氧/氟化学钝化效果:与直接等离子体相比,远程氧等离子处理降低了介电损耗(尽管硅/铝表面会形成更厚氧化层),这可能是由于残余光刻胶被额外灰化所致。研究人员开发的氟基等离子体工艺虽能用氟钝化铝表面以适配后续缓冲氧化物刻蚀,但发现氧化铝中氟含量增加会导致损耗上升,表明氟不适合作铝谐振腔钝化材料。 最后,研究评估了氟化氢蒸汽与磷酸的选择性氧化物去除效果:氟化氢蒸汽能选择性刻蚀二氧化硅并保留氧化铝,磷酸则呈现相反选择性。当两种刻蚀剂顺序使用时,单光子态下介电损耗可低至δLP=5.2×10−7(本征品质因数Qi≈190万),为制备高性能铝基谐振腔提供了可行方案。

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提交arXiv: 2026-01-07 16:49

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