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Sep 18, 2023

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 12810 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Fasziniert von der Entdeckung der langen Lebensdauer des auf α-Ta/Al2O3 basierenden Transmon-Qubits haben Forscher kürzlich herausgefunden, dass der α-Ta-Film eine vielversprechende Plattform für die Herstellung von Multi-Qubits mit langer Kohärenzzeit ist. Um die Anforderungen für die Integration supraleitender Quantenschaltkreise zu erfüllen, besteht die ideale Methode darin, einen α-Ta-Film auf einem Siliziumsubstrat wachsen zu lassen, das mit der industriellen Fertigung kompatibel ist. Hier berichten wir über den durch Sputtern auf Si (100) gewachsenen α-Ta-Film mit einer verlustarmen supraleitenden TiNx-Pufferschicht. Der α-Ta-Film mit einem großen Wachstumstemperaturfenster hat einen guten kristallinen Charakter. Die supraleitende kritische Übergangstemperatur (Tc) und das Restwiderstandsverhältnis (RRR) im bei 500 °C gewachsenen α-Ta-Film sind höher als im bei Raumtemperatur (RT) gewachsenen α-Ta-Film. Diese Ergebnisse liefern entscheidende experimentelle Hinweise zum Verständnis des Zusammenhangs zwischen der Supraleitung und den Materialeigenschaften im α-Ta-Film und eröffnen einen neuen Weg zur Herstellung eines hochwertigen α-Ta-Films auf Siliziumsubstrat für zukünftige industrielle supraleitende Quantencomputer.

Auf Si- oder Al2O3-Substraten gewachsene supraleitende Materialien können Filme mit hoher Kristallinität und einem inhärent geringen dielektrischen Verlust bilden und werden daher als Materialien für den Aufbau supraleitender Quantenschaltkreise untersucht1,2,3,4,5,6. Kürzlich haben Forscher Anstrengungen unternommen, um nach neuen supraleitenden Filmen mit stabilen supraleitenden Eigenschaften und ausgereifter Verarbeitung für den Bereich Quantencomputer zu suchen, mit dem Ziel, die Leistung supraleitender Qubits zu verbessern, einschließlich langer Kohärenzzeiten und schneller Gates5,7,8,9,10 ,11,12. Die hochwertigen supraleitenden Filme mit geringen dielektrischen Verlusten an Oberflächen und Grenzflächen, die einen hohen RRR aufweisen, sind vielversprechend für die Herstellung von Hochleistungs-Qubits1,2,7,13,14. Insbesondere bei der Verwendung von α-Ta-Filmen zur Herstellung der 2D-Transmons zeigten die Geräte eine deutliche Leistungsverbesserung aufgrund des geringeren oberflächenbedingten Verlusts7,8. Somit ist der α-Ta-Film ein vielversprechender Basissupraleiter für den Aufbau großer supraleitender Quantenschaltkreise mit Hochleistungseigenschaften und ebnet den Weg für praktische supraleitende Quantencomputer. In diesen Studien zu supraleitenden Qubits7,8 lässt sich das Saphirsubstrat, das zum Züchten des α-Ta-Films verwendet wurde, jedoch nicht einfach mit fortgeschrittener Integration, wie etwa der Through-Via-Technologie, vergrößern. Im Gegensatz dazu wird das Siliziumsubstrat häufig für hochintegrierte Schaltkreise verwendet. Es liegt daher nahe, die Frage aufzuwerfen, ob ein α-Ta-Film auf einem Siliziumsubstrat gezüchtet werden kann oder nicht.

Der Erhalt eines α-Ta-Films, der sich leicht bei hoher Temperatur bildet und auf einem Si-Substrat ohne innere Diffusionsgrenzfläche abgeschieden wird, ist sehr begrenzt, was teilweise auf das Hindernis zurückzuführen ist, dass Ta gegenüber dem sich erwärmenden Si-Substrat hochreaktiv ist15,16,17. Obwohl berichtet wurde, dass der α-Ta-Film bei RT erfolgreich auf einem Si-Substrat abgeschieden werden kann, indem verschiedene Strategien wie die Optimierung der Sputterbedingungen und das Hinzufügen von Unterschichten18,19,20,21,22,23,24,25,26 angewendet werden, 27,28,29,30. Im Vergleich zum Hochtemperaturwachstum ist es wahrscheinlicher, dass diese Filme aufgrund der RT-Abscheidung kleinere Korngrößen, mehr Korngrenzen und mehr Oberflächendefekte aufweisen18,19,20,21,22, was zu einem zusätzlichen dielektrischen Verlust führen könnte im supraleitenden Quantengerät8,12,13,14,31,32,33. Darüber hinaus kann die Ta-Si-Grenzfläche in diesen Studien dickere nicht supraleitende Unterschichten25,27 oder Metallsilizide15,16,17 enthalten, die sich aufgrund von Wärmebehandlungen während der Geräteherstellung bilden könnten. Dies würde die Mikrowellenverlustkanäle an den Schnittstellen12,13,31,32,33 erhöhen. Daher benötigen wir eine neue Methode, um einen α-Ta-Film auf dem Si-Substrat wachsen zu lassen, der eine große Korngröße und eine klare Grenzfläche zu verlustarmen supraleitenden Pufferschichten aufweist und gleichzeitig die dielektrischen Verluste an Oberflächen und Grenzflächen minimiert, um die Leistung supraleitender Qubits zu verbessern.

Hier untersuchten wir systematisch die Qualität und Supraleitung eines α-Ta-Films, der auf einer supraleitenden TiNx-Pufferschicht auf einem Si (100)-Substrat hergestellt wurde. Frühere Studien haben gezeigt, dass durch die Verwendung von TiNx als Basissupraleiter im Kondensator und in den Mikrowellenresonatoren eine deutliche Verbesserung der Leistung supraleitender Quantenschaltungen erreicht werden kann, was zeigt, dass TiNx-Filme einen geringen dielektrischen Verlust aufweisen34,35. α-Ta-Filme wurden bei verschiedenen Temperaturen von RT bis 500 °C gebildet, was direkt auf ein großes Verarbeitungstemperaturfenster hindeutet. Dies steht in scharfem Gegensatz zu früheren Studien19,20,21,22,23, in denen die Herstellung des α-Ta-Films unter RT-Bedingungen erfolgte. Die Kristallqualität des α-Ta-Films wurde durch Erhöhung der Wachstumstemperatur verbessert. Unterdessen hat der Unterschied in der Wachstumstemperatur aufgrund des Vorhandenseins der TiNx-Pufferschicht weder einen Einfluss auf die geringe Intensität der Verunreinigungen in den α-Ta-Filmen noch auf die saubere und scharfe Grenzfläche zwischen Si und Ta. Darüber hinaus haben wir den Nullwiderstand beobachtet und den RRR im α-Ta-Film gemessen. Bemerkenswert ist, dass die RRR in bei 500 °C gewachsenen α-Ta-Filmen deutlich höher ist als die in bei RT gewachsenen α-Ta-Filmen, was möglicherweise auf die große Korngröße und die Unterdrückung von Oberflächendefekten zurückzuführen ist.

α-Ta besitzt eine kubische Struktur mit dem Gitterparameter a = 0,33 nm19,20. Um qualitativ hochwertige α-Ta-Filme auf 2-Zoll-Si(100)-Substraten mit hohem spezifischem Widerstand (Widerstandswert > 10 kΩ·cm) zu synthetisieren, wurde ein zweistufiges Verfahren angewendet. Zunächst wurde die verlustarme supraleitende TiNx-Pufferschicht mit einer Dicke von 3 bis 5 nm durch reaktives Gleichstrom-Magnetronsputtern unter Verwendung eines 2-Zoll-Targets aus Ti (Reinheit 99,995 %) und reaktivem N2-Gas (Reinheit 99,999 %) abgeschieden. Nach der Reinigung der Substrate mit Nasschemikalien (siehe „Nasschemische Prozesse von Si-Substraten“ in den Zusatzinformationen) wurden sie in der Wachstumskammer 30 Minuten lang bei 500 ° C thermisch gereinigt. Anschließend wurden die Substrate mit 30 °C pro Minute auf Raumtemperatur abgekühlt. Während der TiNx-Abscheidung wurde die Substrattemperatur bei RT gehalten, während ein konstanter Druck von 2 mTorr in Gegenwart von Ar und N2 aufrechterhalten wurde, die mit 10 sccm bzw. 15 sccm strömten. Die Leistung des Gleichstromgenerators betrug 100 W. Nach der TiNx-Abscheidung wurden die α-Ta-Filme auf den TiNx-Pufferschichten bei verschiedenen Temperaturen hergestellt, während der Ar-Druck bei 5,25 mTorr mit einem Gasfluss von 20 sccm und der Leistung gehalten wurde des Gleichstromgenerators betrug 200 W.

Die Kristallstruktur und Phasen des α-Ta-Films wurden mittels Röntgenbeugung (XRD) analysiert. Abbildung 1 zeigt die XRD von auf TiNx-Pufferschichten gewachsenen α-Ta-Filmen (Informationen zur TiNx-Pufferschicht finden Sie in den Zusatzinformationen) bei verschiedenen Temperaturen. Es ist deutlich zu erkennen, dass die dominanten Merkmale von α-Ta-Filmen die (110)- und (220)-Beugungspeaks bei 38,1° bzw. 81,5° sind. Darüber hinaus sind die schwachen α-Ta (100)-Peaks bei 54,8° sichtbar [Abb. 1b]. Abgesehen von den starken dominanten Beugungspeaks von α-Ta wird bei 34,6° nur ein sehr kleiner Beugungspeak von β-Ta beobachtet, was darauf hindeutet, dass innerhalb eines weiten Temperaturbereichs erfolgreich ein wichtiger α-Phasen-Ta-Film auf einem Si (100)-Substrat abgeschieden wurde . Dies ist höchstwahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass die TiNx-Pufferschicht aufgrund ihrer verringerten Gitterfehlanpassung das Wachstum des α-Ta-Films förderte19,20. Darüber hinaus wurde mit zunehmender Temperatur nicht nur die relative Intensität des Hauptpeaks (110) stärker, sondern auch seine Halbwertsbreite (FWHM) wurde schärfer. Dieses Messergebnis ist ein direkter Beweis für die Zunahme der Korngröße mit steigender Temperatur, was mit dem vorherigen Bericht übereinstimmt20, was darauf hinweist, dass eine hohe Temperatur zu einer guten Kristallisation des α-Ta-Films führte.

(a) XRD-Muster von auf TiNx/Si abgeschiedenen α-Ta-Filmen bei verschiedenen Temperaturen im Bereich von RT bis 500 °C. Zur besseren Darstellung sind die Kurven nach oben verschoben. (b) und (c) Vergrößertes XRD-Muster in der Nähe der (110)-Peaks und (220)-Peaks, gezeigt in (a). Die Intensitäten werden auf einer logarithmischen Skala aufgetragen, um das in (b) und (c) gezeigte wichtige Verhalten bei niedrigeren Intensitäten zu erkennen.

Die Qualität der Probenoberfläche wurde mit dem Atomic Force Microscope (AFM) untersucht. Die Oberflächenmorphologien von α-Ta-Filmen, die auf TiNx-Pufferschichten im Temperaturbereich von RT bis 500 °C gewachsen sind, werden in typischen großformatigen AFM-Bildern sichtbar (Abb. 2). Bei RT sind die kleinen runden Körner auf der Oberfläche zu erkennen. Mit zunehmender Substrattemperatur werden längliche Körner sichtbar, wie in Abb. 2b dargestellt. Allerdings ist die Oberfläche [Abb. 2c] des bei 300 °C abgeschiedenen α-Ta-Films unterscheidet sich optisch. Man erkennt die typische Nadelform der Körner. Bei 400 °C entsteht ein dichtes Netzwerk länglicher, nadelförmiger Körner, die gleichmäßig über die Oberfläche verteilt sind [Abb. 2d]. Im Vergleich zu dem bei 300 °C abgeschiedenen Sputterverfahren ist die Größe der nadelförmigen Körner bei 400 °C breiter und homogener. Bei 500 °C sehen die Körner dann, wie in Abb. 2e dargestellt, länglich, sehr homogen in der Größe und gleichmäßig auf der Oberfläche verteilt aus. Darüber hinaus ist die Dichte von Defekten wie Löchern unterschiedlicher Größe und Tiefe in der Oberfläche von bei RT gewachsenem α-Ta viel höher als bei bei hohen Temperaturen gewachsenen α-Ta-Filmen. Abbildung 2f–g zeigt, dass bei RT und 500 °C abgeschiedene α-Ta-Filme sehr dicht und nicht porös sind, was darauf hindeutet, dass in AFM-Bildern beobachtete Löcher nur auf der Oberfläche erscheinen. Diese Ergebnisse spiegeln wider, dass die Substrattemperatur eine entscheidende Rolle bei der Steuerung der Oberflächenmorphologie des α-Ta-Films spielt. Der Unterschied im topografischen Merkmal ist für die unterschiedliche Qualität der makroskopischen elektrischen Transporteigenschaften in den Filmen verantwortlich, wie unten erläutert.

AFM-Bilder und TEM-Querschnitt von α-Ta/Si bei verschiedenen Temperaturen. (a, f) RT, (b) 150 °C, (c) 300 °C, (d) 400 °C, (e, f) 500 °C. Weiße Pfeile dienen als Führungslöcher in (a) und (e).

Eine genaue Mikrostrukturanalyse in der Nähe der Heterogrenzfläche zwischen α-Ta-Film und Si mittels hochauflösender ringförmiger Hochwinkel-Dunkelfeld-Rastertransmissionselektronenmikroskopie (HAADF-STEM) und energiedispersivem Spektrometer (EDS) ist in Abb. 3 dargestellt. Für Bei einem bei RT gewachsenen α-Ta-Film zeigte die HAADF-STEM-Aufnahme, dass sich zwischen dem Ta-Film und dem Si-Substrat eine etwa 5 nm dicke TiNx-Pufferschicht befindet [Abb. 3a]. Darüber hinaus korreliert das Wachstum der TiNx-Pufferschicht auf den blanken Si-Substraten mit der Bildung einer amorphen Schicht (1–2 nm dick) während des Vorabscheidungsverfahrens, was mit früheren Berichten (Ergänzende Informationen, Abb. S3) übereinstimmt. Es wurde berichtet, dass TiNx-Filme in supraleitenden Quantencomputersystemen für einen geringen dielektrischen Verlust sorgen können34,35. Daher ist es vernünftig anzunehmen, dass die TiNx-Pufferschicht bei Verwendung eines auf der TiNx-Pufferschicht abgeschiedenen α-Ta-Films als Materialplattform zum Aufbau supraleitender Qubits nicht zu zusätzlichen dielektrischen Verlusten führen würde. Die EDS-Elementarkarten von Si und Ta, wie in Abb. 3b, c dargestellt, zeigen Stufenfunktionen der chemischen Änderungen über die Grenzflächen hinweg, was zeigt, dass zwischen dem α-Ta-Film und dem Si-Substrat keine Vermischung von Ta und Si auftrat. In Bezug auf einen bei 500 ° C gezüchteten α-Ta-Film ändern sich die Si- und Ta'-Signale in ähnlicher Weise stark über die Ta/Si-Grenzfläche, wie in Abb. 3e und f dargestellt. Es sollte gefolgert werden, dass es bei 500 °C keine Interdiffusion in der Ta/Si-Grenzfläche gibt, was sich von früheren Studien unterscheidet15,16,17. Dieses Ergebnis legt nahe, dass die TiNx-Pufferschicht thermodynamisch stabil und dicht ist und daher eine Vermischung von Ta und Si zwischen α-Ta-Film und Si-Substrat bei hoher Substrattemperatur verhindern könnte. Es wird darauf hingewiesen, dass die Hintergründe der EDS-Karten in diesen beiden Proben unterschiedlich sind, was möglicherweise mit den unterschiedlichen Konzentrationen von Kontaminanten zusammenhängt, die während des SEM-Probenvorbereitungsprozesses eingeführt wurden.

Ta-Si-Grenzfläche von α-Ta/Si-Filmen, die bei RT (a–c) und 500 °C (d–f) gewachsen sind. (a, d) Hochauflösende HAADF-STEM-Bilder, die die Ta-Si-Schnittstelle zeigen; (b–c, e–f) EDS-Karten von Ta und Si.

Die Ergebnisse der Flugzeit-Sekundärionenmassenspektroskopie (TOF-SIMS) der bei RT und 500 °C abgeschiedenen Ta-Filme sind in Abb. 4 dargestellt. Um die relativen Konzentrationen zwischen den Proben direkt vergleichen zu können, sind hier alle Signale dargestellt normalisiert durch die Intensität von Ta im Ta-Schichtbereich. Diese beiden Proben weisen beide fast die gleichen Si-, Ta-, TiNx- und TaOx-Profile mit starken Änderungen in den Ta/Si-Grenzflächen auf, was keine Vermischung von Ta-, TiNx-, Ti- und Si-Komponenten zeigt. Das Ergebnis zeigt direkt, dass selbst beim Erhitzen auf 500 °C die Ta/TiNx- und TiNx/Si-Grenzflächen im α-Ta-Film genauso scharf und sauber sind wie die im bei RT gewachsenen α-Ta-Film, was auf die Vielseitigkeit von 5 hinweist nm dicke TiNx-Pufferschicht, wie oben diskutiert. In der Zwischenzeit wird die Verteilung von Verunreinigungen wie H, C und O im Großteil der Filme dieser beiden Proben erfasst. Wie in Abb. 4c und d gezeigt, werden auch ähnliche O-, C- und H-Profile beobachtet. Zudem liegen ihre Konzentrationen knapp über der Nachweisgrenze. Basierend auf dieser Diskussion können wir den Schluss ziehen, dass die unbedeutende Intensität der Verunreinigungen in den meisten dieser beiden Filme nahezu gleich ist.

TOF-SIMS-Tiefenprofile von α-Ta/Si-Filmen, abgeschieden bei (a, b) RT bzw. (c, d) 500 °C. Die Intensitäten werden im logarithmischen Maßstab aufgetragen, um das wichtige Verhalten bei niedrigeren Intensitäten zu erkennen.

Die elektrischen Eigenschaften der beiden bei RT und 500 °C gewachsenen α-Ta-Filme wurden mit Vierpunktsondenmessungen ermittelt. Der als Funktion der Temperatur gemessene spezifische Widerstand ist in Abb. 5 dargestellt. Die Tc-Werte betragen 3,8 und 3,9 K für Proben, die bei RT bzw. 500 °C gezüchtet wurden. Diese Tc-Werte sind mit denen des Bulk-α-Ta vergleichbar, aber viel höher als die des Bulk-β-Ta (Tc < 1), was direkt bestätigt, dass sich der abgeschiedene Ta-Film in der α-Phase befindet, was mit den obigen XRD-Ergebnissen übereinstimmt . Für den bei 500 °C gewachsenen α-Ta-Film beträgt sein RRR-Wert (RRR = ρ(300 K)/ρ(5 K)) 3,85. Im Vergleich zu einem bei RT gewachsenen α-Ta-Film mit RRR = 1,85 ist der RRR-Wert eines bei 500 °C gewachsenen α-Ta-Films viel höher und der spezifische Widerstand viel kleiner. Dies ist wahrscheinlich auf die größeren Korngrößen und das Vorhandensein weniger Defekte zurückzuführen37,38,39,40 und nicht auf das Vorhandensein von Verunreinigungen im bei 500 °C gewachsenen α-Ta-Film, die oben diskutiert wurden. Darüber hinaus macht ein höherer RRR im bei 500 °C gewachsenen α-Ta-Film nach früheren Studien13,39,40 ihn besser als Basismaterial für supraleitende Multi-Qubits geeignet.

Temperaturabhängigkeit der elektrischen Transporteigenschaften für α-Ta-Filme, abgeschieden bei (a) RT bzw. (b) 500 °C. Der Einschub zeigt die RT-Kurve in der Nähe von Tc.

Zusammenfassend wurde der auf einem Si(100)-Substrat abgeschiedene α-Ta-Film mit einer verlustarmen supraleitenden TiNx-Pufferschicht umfassend untersucht. Die XRD-Ergebnisse und AFM-Oberflächenbilder zeigen, dass durch die Optimierung der Substrattemperatur eine gute Kristallisation des α-Ta-Films mit weniger Oberflächenfehlern erreicht wurde. Die identischen niedrigen Verunreinigungskonzentrationen und ähnlich scharfen Ta/Si-Grenzflächen ohne Interdiffusion bei verschiedenen Substrattemperaturen weisen darauf hin, dass die verlustarme supraleitende TiNx-Pufferschicht der dominierende Faktor beim Wachstum des α-Ta-Films ist. Die Tc- und RRR-Werte in den α-Ta-Filmen werden durch die Analyse von RT-Kurven ermittelt. Der Anstieg der Tc- und RRR-Werte ist mit der Zunahme der Korngröße und der Abnahme der Oberflächendefekte verbunden, was einen neuen Hinweis auf den Zusammenhang zwischen der Natur der Supraleitung und der Qualität des α-Ta-Films liefert. Unser Ergebnis hier zeigt, dass durch Manipulation des Filmwachstums ein α-Ta-Film auf einem Si(100)-Substrat mit einer scharfen Grenzfläche sowohl in hoher Qualität als auch in einem stark supraleitenden Zustand synthetisiert werden kann, wodurch er für die Verwendung in supraleitenden Qubits im großen Maßstab geeignet ist Geräte.

Die Daten, die die Ergebnisse dieser Studie stützen, sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

de Leon, NP et al. Materialherausforderungen und Chancen für Quantencomputing-Hardware. Wissenschaft 372, eabb2823. https://doi.org/10.1126/science.abb2823 (2021).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Murray, CE In supraleitenden Qubits kommt es auf das Material an. Mater. Wissenschaft. Ing. R Rep. 146, 100646. https://doi.org/10.1016/j.mser.2021.100646 (2021).

Artikel Google Scholar

McRae, CRH et al. Materialverlustmessungen mit supraleitenden Mikrowellenresonatoren. Rev. Sci. Instrument. 91, 091101. https://doi.org/10.1063/5.0017378 (2020).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Megarant, JMM a. A. UCSB-Abschlussbericht für das CSQ-Programm: Überprüfung der Dekohärenz und Materialphysik für supraleitende Qubits. arXiv-Vorabdruck arXiv:1410.5793, https://doi/org/https://doi.org/10.48550/arXiv.1410.5793 (2014).

Xiong, K. et al. Materialien in supraleitenden Quantenschaltkreisen. Kinn. Wissenschaft. Stier. 67, 143. https://doi.org/10.1360/tb-2021-0479 (2021).

Artikel Google Scholar

Qiu, W. & Terai, H. Herstellung von epitaktischen NbN/AlN/NbN-Übergängen im tiefen Submikrometerbereich auf einem Si-Substrat. Appl. Physik. Express 13, 126501. https://doi.org/10.35848/1882-0786/abbfde (2020).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Place, APM et al. Neue Materialplattform für supraleitende Transmon-Qubits mit Kohärenzzeiten über 0,3 Millisekunden. Nat. Komm. 12, 1779. https://doi.org/10.1038/s41467-021-22030-5 (2021).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wang, C. et al. Auf dem Weg zu praktischen Quantencomputern: Transmon-Qubit mit einer Lebensdauer von fast 0,5 Millisekunden. NPJ Quant. Inf. 8, 3. https://doi.org/10.1038/s41534-021-00510-2 (2022).

Artikel ADS Google Scholar

Kim, S. et al. Verbesserte Kohärenz von vollständig aus Nitrid bestehenden supraleitenden Qubits, die epitaktisch auf einem Siliziumsubstrat gewachsen sind. Komm. Mater. 2, 98. https://doi.org/10.1038/s43246-021-00204-4 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Earnest, CT et al. Substratoberflächentechnik für hochwertige supraleitende Silizium/Aluminium-Resonatoren. Supraleiterwissenschaft. Technol. 31, 125013. https://doi.org/10.1088/1361-6668/aae548 (2018).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Megarant, A. et al. Planare supraleitende Resonatoren mit internen Gütefaktoren über einer Million. Appl. Physik. Lette. 100, 113510. https://doi.org/10.1063/1.3693409 (2012).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Wang, C. et al. Oberflächenbeteiligung und dielektrischer Verlust in supraleitenden Qubits. Appl. Physik. Lette. 107, 162601. https://doi.org/10.1063/1.4934486 (2015).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Premkumar, A. et al. Mikroskopische Relaxationskanäle in Materialien für supraleitende Qubits. Komm. Mater. 2, 72. https://doi.org/10.1038/s43246-021-00174-7 (2021).

Artikel Google Scholar

Siddiqi, I. Entwicklung hochkohärenter supraleitender Qubits. Nat. Rev. Mater. 6, 875–891. https://doi.org/10.1038/s41578-021-00370-4 (2021).

Artikel ADS Google Scholar

Liu, L. et al. Glüheffekte von Tantal-Dünnfilmen, die auf ein [001]-Siliziumsubstrat gesputtert wurden. Mater. Wissenschaft. Ing. C 16, 85–89. https://doi.org/10.1016/S0928-4931(01)00280-6 (2001).

Artikel Google Scholar

Pelleg, J., Rosenberg, S. & Sinder, M. Wärmeexplosionsansatz zur Hochfrequenzerwärmung eines Leiterfilms auf einem Siliziumsubstrat: Anwendung zur Silizidfilmbildung. Acta Mater. 59, 4283–4290. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2011.03.052 (2011).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Pelleg, J. Bildung von Co- und Ta-Siliziden auf Si(111)- und Si(100)-Substraten aus gemeinsam abgeschiedenen Co- und Ta-Dünnfilmen. Dünne feste Filme 325, 60–71. https://doi.org/10.1016/S0040-6090(98)00451-9 (1998).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Latif, R. et al. Einfluss des Kristallphasenwachstums von Tantal auf die mikrostrukturellen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften einer durch Sputtern abgeschiedenen Tantal-Dünnfilmschicht. Int. J. Refraktion. Metalle, harte Materie. 92, 105314. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2020.105314 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Bernoulli, D., Müller, U., Schwarzenberger, M., Hauert, R. & Spolenak, R. Magnetron-Sputter-abgeschiedene Tantal- und Tantalnitrid-Dünnfilme: Eine Analyse von Phase, Härte und Zusammensetzung. Dünne feste Filme 548, 157–161. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2013.09.055 (2013).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Navid, AA & Hodge, AM Nanostrukturierte Alpha- und Beta-Tantalbildung – Beziehung zwischen Plasmaparametern und Mikrostruktur. Mater. Wissenschaft. Ing. A 536, 49–56. https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.12.017 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Navid, AA & Hodge, AM Kontrollierbare Eigenspannungen in gesputtertem nanostrukturiertem Alpha-Tantal. Scripta Mater. 63, 867–870. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2010.06.037 (2010).

Artikel CAS Google Scholar

Ren, H. & Sosnowski, M. Tantal-Dünnfilme, abgeschieden durch ionenunterstütztes Magnetronsputtern. Thin Solid Films 516, 1898–1905. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2007.10.127 (2008).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Chen, GS, Chen, ST, Huang, SC & Lee, HY Wachstumsmechanismus von durch Sputtern abgeschiedenen Ta- und Ta-N-Dünnfilmen, induziert durch eine darunter liegende Titanschicht und variierende Stickstoffflussraten. Appl. Surfen. Wissenschaft. 169–170, 353–357. https://doi.org/10.1016/S0169-4332(00)00679-6 (2001).

Artikel ADS Google Scholar

Clevenger, LA, Mutscheller, A., Harper, JME, Cabral, C. Jr. & Barmak, K. Die Beziehung zwischen Abscheidungsbedingungen, der Umwandlung der Beta- in die Alpha-Phase und der Spannungsrelaxation in dünnen Tantalfilmen. J. Appl. Physik. 72, 4918–4924. https://doi.org/10.1063/1.352059 (1992).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Hoogeveen, R., Moske, M., Geisler, H. & Samwer, K. Textur und Phasentransformation von durch Sputtern abgeschiedenen metastabilen Ta-Filmen und TaCu-Mehrfachschichten. Dünne feste Filme 275, 203–206. https://doi.org/10.1016/0040-6090(95)07043-5 (1996).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Morohashi, S., Gotoh, K. & Komiya, S. Herstellung von Josephson-Kontakten unter Verwendung einer Al/Ta/Nb-Struktur zur Röntgendetektion. Appl. Physik. Lette. 64, 785–787. https://doi.org/10.1063/1.111013 (1994).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Morohashi, S. Ta/w/A10x-AL/ta/Nb Josephson-Kontakte für Röntgendetektoren. Jpn. J. Appl. Physik. 34, L1352–L1354. https://doi.org/10.1143/JJAP.34.L1352 (1995).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Face, DW & Prober, DE Keimbildung von kubisch-raumzentrierten Tantalfilmen mit einer dünnen Niob-Unterschicht. J. Vac. Wissenschaft. Technol. Ein Urlaub. Surfen. Filme 5, 3408–3411. https://doi.org/10.1116/1.574203 (1987).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Gamou, H., Ryu, J., Kohda, M. & Nitta, J. Verschiedene Spinrelaxationsmechanismen zwischen epitaktischen und polykristallinen Ta-Dünnfilmen. Appl. Physik. Express 10, 023003. https://doi.org/10.7567/APEX.10.023003 (2017).

Artikel ADS Google Scholar

Gladczuk, L., Patel, A., Singh, PC & Sosnowski, M. Tantalfilme für Schutzbeschichtungen von Stahl. Dünne feste Filme 467, 150–157. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2004.04.041 (2004).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Gambetta, JM et al. Untersuchung von Oberflächenverlusteffekten in supraleitenden Transmon-Qubits. IEEE Trans. Appl. Supercond. 27, 1–5. https://doi.org/10.1109/TASC.2016.2629670 (2017).

Artikel Google Scholar

Paik, H. et al. Beobachtung einer hohen Kohärenz in Josephson-Junction-Qubits, gemessen in einer dreidimensionalen Schaltungs-QED-Architektur. Physik. Rev. Lett. 107, 240501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.107.240501 (2011).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Oliver, WD & Welander, PB Materialien in supraleitenden Quantenbits. Frau Bull. 38, 816–825. https://doi.org/10.1557/mrs.2013.229 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Ohya, S. et al. Abscheidung gesputterter TiN-Filme bei Raumtemperatur für supraleitende koplanare Wellenleiterresonatoren. Supercond. Wissenschaft. Technol. 27, 015009. https://doi.org/10.1088/0953-2048/27/1/015009 (2014).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Deng, H. et al. Titannitridfilm auf Saphirsubstrat mit geringem dielektrischen Verlust für supraleitende Qubits. Physik. Rev. Appl. 19, 024013. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.19.024013 (2023).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Vissers, MR et al. Verlustarme supraleitende koplanare Titannitrid-Wellenleiterresonatoren. Appl. Physik. Lette. 97, 232509. https://doi.org/10.1063/1.3517252 (2010).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Böhmer, AE, Taufour, V., Straszheim, WE, Wolf, T. & Canfield, PC Variation der Übergangstemperaturen und des Restwiderstandsverhältnisses in aus der Dampfphase gewachsenem FeSe. Physik. Rev. B 94, 024526. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.024526 (2016).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Krishnan, M. et al. Sehr hohe Restwiderstandsverhältnisse heteroepitaktischer supraleitender Niobfilme auf MgO-Substraten. Supercond. Wissenschaft. Technol. 24, 115002. https://doi.org/10.1088/0953-2048/24/11/115002 (2011).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Russo, R., Catani, L., Cianchi, A., Tazzari, S. & Langner, J. Hochwertige supraleitende Niobfilme, hergestellt durch einen kathodischen Lichtbogen im Ultrahochvakuum. Supercond. Wissenschaft. Technol. 18, L41. https://doi.org/10.1088/0953-2048/18/7/L01 (2005).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Valderrama, EF et al. NB-Dünnfilme mit hoher RRR, hergestellt durch energiereiche Kondensation aus einem koaxialen, rotierenden Vakuum-ARC-Plasma (CEDTM). AIP-Konferenz. Proz. 1434, 953–960. https://doi.org/10.1063/1.4707012 (2012).

Artikel ADS CAS Google Scholar

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KL X dankt der Youth Innovation Promotion Association der Chinese Academy of Sciences (2019319) für seine Unterstützung. JGF dankt der Start-up-Stiftung des Suzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics, CAS, Suzhou 20 (Y9AAD110) für die Unterstützung.

Gusu Laboratory of Materials, Suzhou, 215123, China

Yanfu Wu, Zengqian Ding, Kanglin Xiong und Jiagui Feng

Suzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics, CAS, Suzhou, 215123, China

Kanglin Xiong & Jiagui Feng

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YW: Untersuchung, Datenanalyse, Schreiben – Originalentwurf. ZD: Untersuchung, Datenanalyse. KX: Projektverwaltung, Schreiben – Überprüfen und Bearbeiten. JF: Projektverwaltung, Konzeptualisierung, Supervision, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung.

Korrespondenz mit Kanglin Xiong oder Jiagui Feng.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Wu, Y., Ding, Z., Xiong, K. et al. Hochwertiger supraleitender α-Ta-Film, gesputtert auf das erhitzte Siliziumsubstrat. Sci Rep 13, 12810 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-39420-y

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Eingegangen: 17. Mai 2023

Angenommen: 25. Juli 2023

Veröffentlicht: 07. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-39420-y

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