优化CMOS兼容的超导氮化钛谐振器:沉积条件与结构工艺

该研究报告了基于200毫米直径高电阻率Si(100)衬底上沉积的氮化钛(TiN)薄膜超导共面波导(CPW)谐振器的制备与表征。研究人员系统性地探究了沉积条件、干法刻蚀功率和原位光刻胶剥离温度对薄膜形貌、超导特性及介电损耗的影响。通过调控反应溅射条件,成功实现了三种不同择优晶向——(111)、(200)和混合取向的制备。 结果表明,所有薄膜都表现出相近的最低双能级系统(TLS)损耗,其中TiN111薄膜展现出最低的中值TLS损耗δ̃ TLS(9.67×10−7),且具有更强的抗再氧化能力。与薄膜晶向相比,所采用的图形化工艺对TLS损耗的影响更为显著,这反映出超导层本征材料特性并非决定因素。采用低功率刻蚀结合低温光刻胶剥离工艺时,所有TiN沉积样品都获得了最低TLS损耗。额外的缓冲氧化物刻蚀(BOE)处理可有效去除金属-空气(MA)界面和衬底-空气(SA)界面处的高损耗氧化层,从而修复刻蚀引入的TLS损耗。 对应的中值低功率损耗δ̃ LP为11.04×10−7,相当于内部品质因子接近一百万。这些发现揭示了MA与SA界面处工艺诱导氧化层的形成对TiN谐振器性能限制的关键作用,并提供了一种与工业级200毫米CMOS量子比特制造流程相兼容的可扩展、低损耗工艺方案。

作者单位: VIP可见
页数/图表: 登录可见
提交arXiv: 2026-02-28 03:48

量科快讯