超伝導2次元電子ガスプラットフォーム上のスケーラブル量子集積回路

ハイブリッド超伝導半導体超伝導体のジョセフソン接合においてコヒーレント量子輸送を形成するには、2つの異なる材料間の均質でバリアフリーな界面の形成が必要である。ここでは、新しい二次元材料プラットフォームを紹介し、ハイブリッド量子集積回路の基礎である2次元電子ガスインジウムガリウムヒ素の近接誘導超伝導を研究する。JJとQICデバイスのレイアウトを設計するには、まずアセトンとイソプロピルアルコールを使用してインジウムガリウムヒ素ウエハを洗浄します。

その後、窒素ガスで装置を乾燥させます。インジウムガリウムヒ素ウエハの上にフォトレジストを回転させます。ホットプレートで数秒間焼きます。

この後、マスクアライナにフォトマスクを配置し、デバイスを適切なパターンの下に配置します。メサおよびQICレイアウトのフォトマスクを通して、デバイスをUV光に露出させます。その後、数分間MF-319開発者のレジストを開発します。

メサを水、硫酸及び過酸化水素の溶液に配置することにより活性領域として機能するエッチング。デバイスを脱イオン水で30秒間リンスし、窒素ガスで乾燥させます。今DEKTAK表面プロファイラーを使用して約150ナノメートルのエッチング深さを確保します。

アセトンとイソプロピルアルコールでデバイスをきれいにしてください。次に、オーミックパッドを形成し、デバイスの上にフォトレジストを回転させることにより金属と二次元電子ガスとの間に電気的接触を作る。ホットプレートで数秒間焼きます。

マスクアライナにフォトマスクを置き、デバイスを適切なパターンの下に置きます。オーミックパターンのフォトマスクを通してデバイスをUV光に露出させます。その後、数分間MF-319開発者のレジストを開発します。

これに続いて、エバポレーターマシンのレジストパターンサンプルに金ゲルマニウムニッケル合金の薄層を堆積させます。アセトンでリフトオフを行った後、数秒間摂氏430度として装置をアニールする。デバイスの上にフォトレジストをスピン。

その後、数秒間ホットプレート上のデバイスを焼きます。活性領域の上に130ナノメートルの深さのトレンチを湿潤エッチングし、前述のように、酸におけるフォトリソグラフィパターンおよびウェットエッチングによって2次元JJを形成する。デバイスを小さなチップに切ります。

GE ワニスを使用して、標準のリードレスチップキャリアに2次元JJの配列を含むチップをロードします。次に、デバイスと鉛のないチップキャリアパッドとの間に電気的接触を行います。最後に、デバイスを希釈冷却装置に積み込んで測定します。

デバイス 2 の回路上の 1 つのジャンクションの SEM イメージを次に示します。接合部の両側の2つのニオブ膜間の距離は最短経路で550ナノメートルである。フォトリソグラフィ製のデバイス1の1つの接合部のSEM画像は、2つのニオブ電極が850ナノメートルの距離で分離されていることを示しています。

ハイブリッド超伝導半導体接合部における通常反射とアンドレエフ反射を以下に示します。デバイス1の顕著なサブハーモニックエネルギーギャップ構造、ピーク、およびディップとの温度依存性誘導超伝導ギャップをここに示します。最低温度では、3つのピークと3ディップでサブハーモニックエネルギーギャップ構造が現れます。

温度上昇に伴う誘導超伝導の抑制によるピークとディップの温度進化をここに示す。すべての特徴は温度に大きく依存し、最も強いサブハーモニックエネルギーギャップピークは50ミリケルビンで観察される。デバイス2の加圧源ドレイン電圧と温度の関数としての超伝導ギャップを示します。

デバイス 2 の温度と磁場の従属性の輸送測定では、デバイス 1 で観測されるインギャップまたはサブギャップ振動の兆候は示されません。この手順を実行する際に最も重要なことは、正しいHレベルを取得して、デバイス内の2次元電子ガスにアクセスし、ナノ接合を形成することです。私は、2次元ジョセフソン接合は、観測のトポロジ相に対するジャンクションの寸法の影響を調査するために、異なる長さと幅で研究することができると信じています。

この技術により、1つの冷蔵庫で数百個の量子デバイスを測定することができ、スケーラブルなハイブリッド量子デバイスの実現に道を開きます。