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RF Cooper Pair Box
RF Cooper Pair BoxEdit

     

     

    Principe de la manip

    Une boite à paires de Cooper (CPB) est placée dans un résonateur supraconducteur de fréquence ~ 5 à 6 GHz.
    Près du point de dégénérescence, la capa quantique de la BPC varie fortement, ce qui se traduit par un décalage de la résonance.
    La BPC est couplée à un détecteur Ge pour mesurer l'ionisation créée par des particules de faible énergie.

    Contraintes
    1. Valeurs numériques pour BPCv1 - v5:
      Détecteur:
      Cdet = 5pF

      CPB:
      1K < Ec < 1.5K => 2.5 fF < Csum < 3.7 fF
      Ic > 2e @ 4GHz  => Ic > 1.3nA => Ej > 370mK (Ec/Ej ~ 4), Rn(@4K) < 240kΩ (si delta=200µeV), Rn(@300K) < 200kΩ,
          => Rn_S (300K) < 12 kΩ.µm2 pour 100x600nm 
          => Rn_S < 6 kΩ.µm2 pour 100x300nm 
          => Rn_S < 6.4 kΩ.µm2 pour 160x200nm 
          => Rn_S < 3 kΩ.µm2 pour 100x150nm 
      Ej < Ec / 2 => Ic < 2.6nA  => Ej < 740mK, Rn(@4K) > 120kΩ, Rn(@300K) > 100kΩ,
          => Rn_S > 6 kΩ.µm2 pour 100x600nm 
          => Rn_S > 3 kΩ.µm2 pour 100x300nm 
          => Rn_S > 3.2 kΩ.µm2 pour 160x200nm 
          => Rn_S > 1.5 kΩ.µm2 pour 100x150nm 
      NB:  I_0 = \frac{\pi \Delta}{2 e R_n}
      NB: Rn augmente de 20% entre 300K et 4K (moins d'activation thermique)Overlap capacitors:
      HfO2 10nm (ALD @ LPN @ 150°C, eps r ~21): 18.6 fF/µm2 -> 0.054 µm2 for 1 fF
      Al2O3 10nm (ALD @ LPN @150°C, eps r ~9): 7.9 fF/µm2

      Résonateur:
      L=3.7nH, C=450fF, Qc=5k
      Total length of inductor = 7.3mm

      Transmission line:
      width = 46µm
      gap = 27µm
      length = 8600µm (187 squares)
    Samples
    date sample name Cg,res (aF) Cg,det (aF) Cg,fb (aF) Cj,tot (aF) RsN,300K (Ω.µm2) Ec (K) Ej (K) commentaire
    05/2014 BPC2_6 120 120 <1 ~ 480 (2x150*~40?nm/2nm) + 60 ~60 4.8 7.8 the junction size is impossible to determine
    planar capacitors, few µm wide, gap 150nm
    Observed parity switching above few kHz
    12/2014 BPC2v5_ii 930 (0.2*0.25)
    740 (0.2*0.2)    		 1400 (0.3*0.25)
    1100 (0.3*0.2)    		 ~ 450 (160*100/3nm) + 60 4k 1.05
    1.58    		 0.16 overlap capa on 10nm HfO2 @ 150°C
    12/2014 BPC2v5_3 1040 (0.2*0.28) 1800 (0.2*0.48) ~ 480 (140*130/3nm) + 60 4k 1.09 0.16 overlap capa on 10nm HfO2 @ 150°C
    12/2014 BPC2v4_2 100 500 ~ 2700 (200*500/3nm) + 60 22k 1.12 0.16 double oxidation
                       
    01/2015 BPC2v5_4 780 (0.15*0.28) 840 (0.15*0.3)   350 (150*80/3nm) + 60 13k 1.8 0.035 overlap capa on 10nm HfO2 @ 150°C
    01/2015 BPC2v4_6 140 (sim)
         		 410 (sim)
    500 (meas)    		 20 (sim)
    24.7 (meas)    		 1350 (150*200/2nm) + 60 (sim)
         		 400 1.8 2.95 single oxidation
    03/2016 BPCT9_1 ~100 (not sim) 600 (not sim) 10 (not sim) 440 (100*100/2nm) + 60 (sim) 600 3.2 0.65  
    Design/Composition des échantillons
    1. Vue globale, résonateurs continus

      BPC1_cont_global.png

    2. Vue globale, résonateurs discrets

      BPC1_lump_global.png

    3. Zoom: BPC

      im

    4. zoom: couplage inductif

      im

    5. zoom: résonateur discret

      im

    Etapes de litho
    1. résonateur + ligne de transmission + gates (Nb ou Al, ~100-150nm, etch): layers [1] & [2]
    2. BPC (Al, ~50 nm, double angle) + boites d'undercut: layers [3] & [4]
    Différents layers impliqués
    etape nom layer couleur n° layer
    resonateur + TL Alignment jaune 1
    resonateur + TL metal 1 vert hachuré 2
    BPC metal 2 bleu hachuré 3
    BPC undercut violet pointillé 4
    Contours (définition des zones) Outline transparent 0
    Différents wafers utilisés
    Date Nom orient resistivity oxide ref. fabricant thick (µm) dop. provider utilisation
    12/2011 BPCD1             spec développement de résonateurs Nb
    12/2011 BPCD2             spec développement de résonateurs Nb
    25/07/2012 BPCD3 100 standard ?, probably not       spec développement de résonateurs Nb
    05-2013 BPCD4 100 standard 500nm       spec développement de résonateurs Nb
      BPCD5 100 standard 500nm       spec développement de bilayer MAA / PMMA A3
      BPCD6 100 standard 500nm       spec développement de bilayer MAA / PMMA A6
    11-2013 BPCD7 100 1-10 Ω.cm 100nm 11/1023 270   university wafers développement de bilayer PMGI / PMMA A6
    11-2013 BPCT1 100 3-4kΩ.cm 50nm 2451 300+/-15 B university wafers wafer témoin de BPC1
    11-2013 BPC1 100 >10 kΩ.cm non 2602 350+/-25 no university wafers 1er wafer à mesurer
    04-2014 BPC2 100 >10 kΩ.cm non 2602 350+/-25 no university wafers resonateur Al 100 + Ag 5 -> reprocessed
    04-2014 BPC3 100 >10 kΩ.cm non 2602 350+/-25 no university wafers resonateur Al 100 + Ag 5 -> broken during lift
    04-2014 BPCT2 100 1-10 Ω.cm 500nm       spec wafer témoin de BPC3
    04-2014 BPCT3 100 1-10 Ω.cm 500nm       spec wafer témoin de BPC4
    04-2014 BPC4 100 >10 kΩ.cm non 2602 350+/-25 no university wafers resonateur Al + Ir -> Ir not protective
    04-2014 BPC_Pt 100 >10 kΩ.cm non 2602 350+/-25 no university wafers resonateur Al 100 + Pt 10 (not tested yet) -> bad ageing
    04-2014 BPC2 100 >10 kΩ.cm non 2602 350+/-25 no university wafers resonateur Al + Ti + Au -> OK, Qint ~1e5 to 2e5
    27-10-2014 BPC3 100 >10 kΩ.cm non 2602 350+/-25 no university wafers resonateur Al + Ti + Au -> small Qint on no GP res from edge
    01-2015 BPC4 100 >10 kΩ.cm non 2602 350+/-25 no university wafers resonateurAl 100nm -> Al was probably polluted!!! Tc > ~1.7K
    01-2016 BPC5 100 >10 kΩ.cm non 2602 350+/-25 no university wafers new design, layer Al 100nm, wet etch -> spoiled by AZ400K
    01-2016 BPC6 100 >20 kΩ.cm non 3481 300 no FZ wafers ? new design, layer Al 100nm, lift
    02-2016 BPC7 100 >5 kΩ.cm non       emi? UW new design, layer Al 100nm, wet etch
    02-2016 BPCT8 100 3-4kΩ.cm non 2451 300+/-15 B university wafers new design, layer Al-Pd 150-5nm, lift -> Tc ~930mK
    Qint OK but weird transition ~2K
    02-2016 BPC8 100 >20 kΩ.cm non 3481 300 no   new design, layer Al-Ti-Pd 150-10-4nm, lift
    -> Ti layer oxidized
    03-2016 BPCT9 100 3-4kΩ.cm non 2451 300+/-15 B university wafers new design, layer Al-Ti-Au 130-20-10nm, lift
    -> Ti layer oxidized
    03-2016 BPC9 100 >20 kΩ.cm non 3481 300 no   new design, layer TBD, lift
                       

    nomenclature:
    BPCD : développement de process (ex: bilayer MAA / PMMA)
    BPCT : wafer témoin, réalisé en même temps que le wafer à mesurer
    BPC : wafer de chips à mesurer

    Différentes évap Nb effectuées (pour étape résonateur)

    15/12/2011 (Louis, CSNSM)

    wafer n°1:
    50nm Nb @ 1nm/s P=5e-8mb

    wafer n°2:
    Ar etch 280V, 3' (Is~200µA/2") -> typ. qq ang de Ge, d'après Louis
    evap 50nm Nb @ 1nm/s P=5e-8mn
    evap 3nm Ir @ 0.05nm/s P=5e-8mb

    04/10/2013 (Hélène + Pief, SPEC)

    wafer BPCT1 (témoin)
    Si 100, 4kohm.cm + thermal oxide 50nm
    150 Nb pulvé

    wafer BPC1 (réel)
    Si 100, >10kohm.cm
    150 Nb pulvé

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     2013-09_CPB+NbSi-mask-v1.gds.zip
    premier masque CPB avec résonateurs lumped induct
    		16.12 Mo11:56, 13 Nov 2013Helene_Le_SueurActions
     2016-01_JJox_Capa_e-beam.gds
    Aucune description
    		46.64 Ko11:57, 28 Jun 2017Helene_Le_SueurActions
    Atomic layer deposition of hafnium_McNeill.pdf
    Paper: ALD of Hafnium.
    		347.31 Ko11:55, 12 Déc 2014Helene_Le_SueurActions
     BPC1_cont_global.png
    BPC1 résonateurs continus vue globale
    		13.46 Ko18:46, 13 Jul 2012Helene_Le_SueurActions
     BPC1_lump_global.png
    BPC1 résonateurs discrets vue globale
    		22.37 Ko18:50, 13 Jul 2012Helene_Le_SueurActions
     CPB1_EBEAM.GDS
    Aucune description
    		15.51 Mo11:57, 28 Jun 2017Helene_Le_SueurActions
     CPB1_ebeam.zip
    CPB versions from 1 to 5
    		7.01 Mo16:33, 15 Jan 2016Helene_Le_SueurActions
     CPB_mise-au-point.zip
    junction ox, capacitance, dose tests
    		52.54 Ko16:35, 15 Jan 2016Helene_Le_SueurActions
     MISE_AU_POINT.GDS
    Aucune description
    		229.38 Ko11:57, 28 Jun 2017Helene_Le_SueurActions
     Nb_Tc_sputteredthinfilms.pdf
    Tc versus RRR
    		564.3 Ko15:39, 13 Jun 2013Helene_Le_SueurActions
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