基于种子层工程的室温下高品质 $\alpha$-Ta 薄膜制备

在硅基底上生长高品质超导薄膜对于量子计算和低信号互连具有重要意义。近期，$\alpha$-Ta（α-tantalum）薄膜因其高密度天然氧化物（Ta$_2$O$_5$），该氧化物具有出色的化学抗性、优异介电性能和机械韧性，受到关注，超越传统超导体如Nb和Al。$\alpha$-Ta薄膜可通过高温/低温生长、超薄种子层或厚膜（>300 nm）实现。虽然高温沉积可产生高品质薄膜，但可能导致热应力、基底-薄膜界面形成化合物以及因基底-薄膜配合不良产生缺陷。室温沉积可最小化这些问题，适用于热敏感基底和器件制造。使用非结晶（有缺陷）种子层如TaN和TiN可实现低温生长并稳定相态。然而，作为金属氮化物来源的氮气气体可能引入缺陷并导致非结晶种子层的形成。本研究探索使用结晶种子层优化$\alpha$-Ta薄膜，展示了包括表面粗糙度降低、相取向改善以及更高临界温度在内的改进薄膜质量。这些进展为制作高品质量子器件的超导材料社区提供了新的思路。