مقاله مشخصه اتلاف دی الکتریک سطحی مرتبط با فرآیند در آلومینیوم روی سیلیکون با اندازه گیری های مایکروویو تشدید کننده، تجزیه و تحلیل مواد و تصویربرداری

چکیده

We systematically investigate the influence of the fabrication process on dielectric loss in aluminum-on-silicon superconducting coplanar waveguide resonators with internal quality factors ($Q_i$) of about one million at the single-photon level. These devices are essential components in superconducting quantum processors; they also serve as proxies for understanding the energy loss of superconducting qubits. By systematically varying several fabrication steps, we identify the relative importance of reducing loss at the substrate-metal and the substrate-air interfaces. We find that it is essential to clean the silicon substrate in hydrogen fluoride (HF) prior to aluminum deposition. A post-fabrication removal of the oxides on the surface of the silicon substrate and the aluminum film by immersion in HF further improves the $Q_i$. We observe a small, but noticeable, adverse effect on the loss by omitting either standard cleaning (SC1), pre-deposition heating of the substrate to 300$°$C, or in-situ post-deposition oxidation of the film’s top surface. We find no improvement due to excessive pumping meant to reach a background pressure below $6{\times} 10^{-8}$ mbar. We correlate the measured loss with microscopic properties of the substrate-metal interface through characterization with X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), time-of-flight secondary ion mass spectroscopy (ToF-SIMS), transmission electron microscopy (TEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), and atomic force microscopy (AFM).

چکیده به فارسی (ترجمه ماشینی)

ما به طور سیستماتیک تأثیر فرآیند ساخت را بر از دست دادن دی الکتریک در آلومینیوم بر روی ابررسانه ای از طلسم های موجبر کپلانار با فاکتورهای کیفیت داخلی ($ q_i $) حدود یک میلیون در سطح تک عکس بررسی می کنیم.این دستگاه ها مؤلفه های اساسی در پردازنده های کوانتومی ابررسانا هستند.آنها همچنین به عنوان پروکسی برای درک از دست دادن انرژی زبانه های ابررسانا خدمت می کنند.با تغییر سیستماتیک چندین مرحله ساخت ، ما اهمیت نسبی کاهش ضرر در رابط های زیرستانه و پاسیوهای بستر هوا را مشخص می کنیم.ما می دانیم که تمیز کردن بستر سیلیکون در هیدروژن فلوراید (HF) قبل از رسوب آلومینیوم ضروری است.حذف پس از تولید اکسیدها روی سطح بستر سیلیکون و فیلم آلومینیومی با غوطه وری در HF بیشتر $ Q_i $ را بهبود می بخشد.ما با حذف هر دو تمیز کردن استاندارد (SC1) ، گرمایش پیش از بستر به 300 $ $ $ C یا اکسیداسیون پس از درجا پس از سطح سطح بالای فیلم ، یک اثر کوچک اما قابل توجه بر روی ضرر مشاهده می کنیم.ما به دلیل پمپاژ بیش از حد به معنای دستیابی به فشار پس زمینه زیر 6 {\ بار} 10^{-8} $ MBAR ، هیچ پیشرفتی پیدا نمی کنیم.ما از دست دادن اندازه گیری شده با خصوصیات میکروسکوپی رابط بستر فلزی از طریق خصوصیات با طیف سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس (XPS) ، طیف سنجی جرمی یون ثانویه زمان پرواز (TOF-SIMS) ، میکروسکوپ الکترونی انتقال (TEM) ، انرژی- ارتباط داریم.طیف سنجی اشعه ایکس پراکنده (EDS) و میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM).