Nb 超导谐振器中退相干源的 TOF-SIMS 分析

超导量子比特已成为一种潜在的基础性平台技术，用于解决经典计算难以处理的复杂计算问题。尽管近期进展实现了相干寿命达数百 $\mu$s 量级的多量子比特设计，材料质量和界面结构仍持续制约器件性能。当铌被用作超导材料时，薄膜及相邻介电区域中的两级系统缺陷会在低温工作温度下引入随机噪声并耗散电磁能量。在本研究中，我们利用飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）来理解特定制备工艺在这些复杂系统中引入此类耗散机制的作用。我们考察了由 Rigetti Computing 和国家标准与技术研究院通过略微改变工艺和真空条件制备的 Nb 薄膜和 transmon 量子比特结构。我们发现，当 Nb 薄膜溅射到 Si 衬底上时，在各界面处生成了氧化物和硅化物区域。我们还观察到，在随后的光刻图形化步骤中，铌氢化物和碳化物等杂质物种被掺入铌层内。这些电阻性化合物的形成可能影响 Nb 薄膜的超导性质。此外，我们观察到卤素物种分布于整个图形化薄膜中。最后，我们推测这些结构中此类杂质的来源，以期智能地制造超导量子比特并延长相干时间。