面向CMOS兼容的超导钛钠共振器优化：沉积条件与结构化工艺
量子物理
2026-03-03 v1
摘要
我们报告了制造和表征基于钛钠（TiN）薄膜 deposited于200mm直径高电阻Si(100)衬底上的超导纹波导（CPW）共振器。系统性地研究了沉积条件、干蚀刻功率和现场阻止温度对形貌、超导性能和介电损耗的影响。通过调节惰性气体比例的溅射条件，实现了三种不同的首选晶体取向——(111)、(200)和混合取向。我们的结果表明，所有表现出类似最低两水平系统（TLS）损耗的薄膜，其中TiN111取向的TLS损耗最低，且对氧化的抗鲁棒性更强。相比之下，结构化工艺对TLS损耗的影响远大于TiN薄膜的晶体取向及其随之而来的固有材料特性。所有TiN沉积的最低TLS损耗通过低功率蚀刻和低温阻止掩膜去除实现。此外，缓冲氧化物蚀刻（BOE）处理可去除金属-空气（MA）和衬底-空气（SA）界面处的高损耗氧化物，从而恢复蚀刻引起的TLS损耗。因此，实现了TLS损耗最低可达的TiN共振器。对应的中位数低功率损耗为，其内部品质因子接近一百万。这些发现突显了在MA和SA界面处工艺诱导氧化物形成对TiN共振器性能限制的关键作用，并为与面向行业200mm CMOS量子比特制作流程兼容的低损耗工艺提供了可扩展方案。
引用
@article{arxiv.2603.00441,
title = {Optimizing CMOS-compatible, superconducting Titanium Nitride Resonators: Deposition Conditions and Structuring Processes},
author = {Simon J. K. Lang and Alexandra Schewski and Ignaz Eisele and Johannes Weber and Carla Moran-Guizan and Zhen Lou and Moritz Singer and Benedikt Schoof and Marc Tornow and Thomas Mayer and Daniela Zahn and Rui N. Pereira and Christoph Kutter},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.00441},
year = {2026}
}
备注
10 pages, 10 figures