用于可扩展高性能量子器件的氪喷射镱膜
量子物理
2026-01-29 v1 材料科学
摘要
基于镱（Ta）薄膜的超导量子比特已展现出最高性能的微波共振器和量子比特。这使得 Ta 成为超导量子计算应用的吸引力材料，但迄今为止，直接沉积主要依赖于超过 \SI{400}{\celsius} 的高基板温度以实现体心立方相，BCC（α-Ta），这导致基于标准半导体制造线的可扩展制造存在兼容性问题。本文表明，通过将喷射气体从氩（Ar）更改为氙（Kr），可在温度降至 \SI{200}{\celsius} 时在硅（Si）上实现 BCC Ta 的合成，提供了兼容后端制造标准的宽广工艺窗口。此外，我们发现这些膜片的电子导电性显著提高，符合清洁极限超导性。我们通过平面波导共振器测量验证了微波性能，发现温度为 \SI{250}{\celsius} 和 \SI{350}{\celsius} 时沉积的膜片在业界水平上呈现紧密的性能分布。温度更高的生长膜片损耗更大，与 Ta/Si 掺杂程度相关，后者通过横截面传输电子显微镜（TEM）揭示。最后，我们利用这些膜片制作了电容间隙相对紧凑、\SI{20}{\micro\meter} 的 transmon 量子比特，实现了最高可达 1400 万的中位数品质因子。
引用
@article{arxiv.2601.20091,
title = {Krypton-sputtered tantalum films for scalable high-performance quantum devices},
author = {Maciej W. Olszewski and Lingda Kong and Simon Reinhardt and Daniel Tong and Xinyi Du and Gabriele Di Gianluca and Haoran Lu and Saswata Roy and Luojia Zhang and Aleksandra B. Biedron and David A. Muller and Valla Fatemi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.20091},
year = {2026}
}