높은

Sep 18, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12810(2023) 이 기사 인용

측정항목 세부정보

α-Ta/Al2O3 기반 Transmon 큐비트의 긴 수명 발견에 흥미를 느낀 연구자들은 최근 α-Ta 필름이 긴 일관성 시간을 갖는 다중 큐비트를 제조하기 위한 유망한 플랫폼이라는 사실을 발견했습니다. 초전도 양자 회로를 통합하기 위한 요구 사항을 충족하기 위한 이상적인 방법은 산업 제조에 적합한 실리콘 기판에 α-Ta 필름을 성장시키는 것입니다. 여기에서는 저손실 초전도 TiNx 버퍼층을 사용하여 Si(100)에 스퍼터 성장된 α-Ta 필름을 보고합니다. 성장 온도 범위가 큰 α-Ta 필름은 결정성이 우수합니다. 500°C에서 성장한 α-Ta 필름의 초전도 임계 전이 온도(Tc)와 잔류 저항률(RRR)은 실온(RT)에서 성장한 α-Ta 필름의 것보다 높습니다. 이러한 결과는 초전도성과 α-Ta 막의 물질 특성 사이의 연관성을 이해하는 데 중요한 실험적 단서를 제공하고 미래 산업용 초전도 양자 컴퓨터를 위해 실리콘 기판에 고품질 α-Ta 막을 생산할 수 있는 새로운 길을 열어줍니다.

Si 또는 Al2O3 기판 위에 성장한 초전도 물질은 결정성이 높고 본질적으로 유전 손실이 낮은 막을 형성할 수 있으므로 초전도 양자 회로를 구축하기 위한 물질로 연구됩니다1,2,3,4,5,6. 최근 연구자들은 긴 결맞음 시간과 빠른 게이트를 포함한 초전도 큐비트의 성능을 향상시키는 것을 목표로 양자 컴퓨팅 분야에 사용되는 안정적인 초전도 특성과 성숙한 처리 기능을 갖춘 새로운 초전도막을 찾기 위해 노력해 왔습니다5,7,8,9,10 ,11,12. 높은 RRR을 나타내는 표면과 인터페이스에서 유전 손실이 낮은 고품질 초전도막은 고성능 큐비트 제조에 유망합니다. 특히 α-Ta 필름을 사용하여 2D Transmon을 제작한 이 장치는 표면 관련 손실이 낮아져 성능이 크게 향상되는 것으로 나타났습니다7,8. 따라서 α-Ta 필름은 고성능 특성을 지닌 대규모 초전도 양자 회로를 구축할 수 있는 유망한 기본 초전도체로서 실용적인 초전도 양자 컴퓨터를 향한 길을 열어줍니다. 그러나 이러한 초전도 큐비트 연구에서 α-Ta 필름을 성장시키는 데 사용된 사파이어 기판은 관통 비아 기술과 같은 고급 통합을 통해 쉽게 확장할 수 없습니다. 대조적으로, 실리콘 기판은 대규모 집적 회로에 널리 사용됩니다. 따라서 α-Ta 필름이 실리콘 기판에서 성장할 수 있는지 여부에 대한 의문이 제기되는 것은 매우 자연스러운 일입니다.

내부 확산 계면 없이 Si 기판에 증착된 고온에서 쉽게 형성되는 α-Ta 필름의 획득은 부분적으로 Ta가 가열 Si 기판에 대한 반응성이 높다는 장애물 때문에 매우 제한적입니다. 스퍼터링 조건 최적화 및 층 아래 추가와 같은 여러 전략을 사용하여 α-Ta 필름이 RT에서 Si 기판에 성공적으로 증착된 것으로 보고되었지만 27,28,29,30. 고온 성장과 비교하여 이러한 필름은 RT 증착18,19,20,21,22의 결과로 더 작은 입자 크기, 더 많은 입자 경계 및 더 많은 표면 결함을 가질 가능성이 높으며 이로 인해 추가적인 유전 손실이 발생할 수 있습니다. 초전도 양자소자8,12,13,14,31,32,33. 게다가, 이러한 연구에서 Ta-Si 인터페이스에는 장치 제조 흐름 중에 사용되는 가열 처리로 인해 형성될 수 있는 더 두꺼운 비초전도 하부층25,27 또는 금속 규화물15,16,17이 포함될 수 있습니다. 이는 인터페이스12,13,31,32,33에서 마이크로파 손실 채널을 증가시킵니다. 따라서 우리는 초전도 큐비트 성능을 향상시키기 위해 표면과 계면의 유전 손실을 최소화하면서 큰 입자 크기와 저손실 초전도 버퍼층과의 명확한 인터페이스를 갖는 Si 기판에서 α-Ta 필름을 성장시키는 새로운 방법이 필요합니다.