α-Ta 薄膜的生长与结构用于量子电路集成

镱浆 films 集成到超导电路中表现出低表面损耗，导致 qubit 状态持久寿命。剩余的损耗途径源于微观缺陷，这些缺陷在低温下表现为双水平系统 (TLS)。这些缺陷限制了性能，因此对 tantalum 薄膜结构的细致关注对于充分利用量子器件至关重要。本文研究了在砖巨石、硅和光刻胶基板上利用磁控溅射法制备 tantalum 的生长。对于砖基，本文提出了完全取向薄膜的生长程序，其中 alpha-Ta [1 1 1] // Al2O3 [0 0 0 1] 和 alpha-Ta [1 -1 0] // Al2O3 [1 0 -1 0] 为取向关系，薄膜厚度为 220 nm 时剩余电阻率比 (RRR) ~ 60。在硅上，我们发现 Ta [1 1 0] 垂直于基底面并具有 RRR ~ 30 的复杂晶粒纹理。我们进一步演示了使用 Nb 在光刻胶表面 nucleate alpha-Ta 的空中桥制造。对于砖基薄膜，谐挡器在 10 mK 时显示为 TLS 受限的品质因数，gap 和导体宽度分别为 3 和 6 微米时为 $1.3 \pm 0.3 \times 10^6$。通过扫描电子显微镜、X 射线衍射、低温输运、secondary 离子质谱和透射电子显微镜进行结构表征，揭示了残留杂质和螺旋位错密度对加工条件的依赖。结果为制造包括 qubit 阵列在内的先进超导器件提供了实用见解，并指导未来工作开展晶体学确定性 qubit 制造。