NB6964 Niob-Dünnschicht auf Saphir-Substrat

Niob-Dünnschicht auf Saphir-Substrat Beschreibung

Eine Niob-Dünnschicht, die epitaktisch auf einkristallinen Saphir (Al₂O₃)-Substraten abgeschieden wurde, bildet eine hochleistungsfähige supraleitende Heterostruktur, die für die Quantentechnologie optimiert ist. Hergestellt durch DC/RF-Magnetronsputtern oder Molekularstrahlepitaxie (MBE) im Ultrahochvakuum (<10-⁹ Torr), erreicht dieses System eine außergewöhnliche Kristallinität mit geringer Gitterfehlanpassung (~1,4 %) auf Saphir in der R-Ebene, was zu atomar scharfen Grenzflächen führt (Rauheit <0,5 nm RMS). Der Niob-Film weist nahezu massentaugliche supraleitende Eigenschaften auf: kritische Temperatur (T_c ≈ 9,3 K), hohe kritische Felder (H_c2 ≈ 400 mT bei 4,2 K) und Kohärenzlängen von ~38 nm. Entscheidend ist, dass das Saphir-Substrat einen extrem niedrigen Mikrowellenverlust (dielektrischer Verlusttangens tan δ < 10-⁶ bei 4 K) bietet und Defekte im Zwei-Niveau-System unterdrückt, was rekordverdächtige Qualitätsfaktoren (Q > 10⁶) in supraleitenden Resonatoren ermöglicht. Diese Kombination ermöglicht eine unübertroffene Quantenkohärenz (Relaxationszeiten T₁ > 100 μs) für Transmon-Qubits und Quantenspeicher. Die Anpassung der thermischen Ausdehnung von Nb und Al₂O₃ minimiert dehnungsinduzierte Defekte, während die hohe mechanische Steifigkeit von Saphir (E-Modul: 400 GPa) die strukturelle Stabilität während der Tieftemperaturzyklen gewährleistet. Zu den Anwendungen gehören Quantencomputer, Hohlräume für Teilchenbeschleuniger, die Beschleunigungsgradienten von mehr als 30 MV/m erreichen, hochempfindliche kinetische Mikrowelleninduktivitätsdetektoren (MKIDs) für die Astronomie und rauscharme SQUID-Magnetometer. Die chemische Inertheit der Heterostruktur unterstützt die Integration in komplexe Quantenschaltkreise durch lithografische Strukturierung und macht sie zur Materialplattform der Wahl für skalierbare Quantenhardware.

Anwendungen der Niob-Dünnschicht auf Saphir-Substrat

Diese Heterostruktur ermöglicht hochkohärente supraleitende Quantenschaltungen, die die Grundlage für Transmon-Qubits und Quantenspeicherelemente in Quantenprozessoren bilden. Grund dafür sind der extrem niedrige dielektrische Verlust von Saphir (tan δ < 10-⁶ bei 4 K) und die hohe kritische Temperatur von Nb (9,3 K), wodurch Qubit-Relaxationszeiten von über 100 μs erreicht werden. Sie dient als Mikrowellenresonator mit hohem Gütefaktor (Qualitätsfaktoren >10⁶) für Kontroll- und Auslesesysteme im Quantencomputing und als kryogener Filter in rauscharmen Verstärkern. Die Plattform ist entscheidend für supraleitende Hochfrequenz-Resonatoren in Teilchenbeschleunigern, wo epitaktische Nb-Filme auf Saphir Beschleunigungsgradienten von mehr als 30 MV/m bei geringem Oberflächenwiderstand erreichen. Empfindliche Detektoren nutzen diese Technologie, darunter mikrowellenkinetische Induktivitätsdetektoren (MKIDs) für die Submillimeterastronomie und supraleitende Nanodraht-Einzelphotonendetektoren (SNSPDs) für die Quantenkommunikation. Präzisionssensoren wie SQUID-Magnetometer nutzen die Flussquantisierungsstabilität der Heterostruktur für die Auflösung von Magnetfeldern im Nanotesla-Bereich bei der Bildgebung im Gehirn und der Materialcharakterisierung. Zu den neu entstehenden Anwendungen gehören hybride Quantensysteme, die photonische Komponenten und topologische Quantengeräte integrieren und defektfreie Schnittstellen erfordern. Seine Strahlungshärte unterstützt außerdem satellitengestützte Quantentechnologien und kernphysikalische Instrumente.

Niob-Dünnschicht auf Saphir-Substrat Verpackung

Unsere Produkte werden in kundenspezifischen Kartons verschiedener Größen verpackt, die auf den Materialabmessungen basieren. Kleine Artikel werden sicher in PP-Kartons verpackt, während größere Artikel in maßgefertigte Holzkisten gelegt werden. Wir achten auf die strikte Einhaltung der kundenspezifischen Verpackung und die Verwendung geeigneter Polstermaterialien, um einen optimalen Schutz während des Transports zu gewährleisten.

Verpackung: Karton, Holzkiste, oder kundenspezifisch.

Bitte sehen Sie sich die Verpackungsdetails zu Ihrer Information an.

Herstellungsprozess

1)Prüfverfahren

(1)Analyse der chemischen Zusammensetzung - Verifiziert mit Techniken wie GDMS oder XRF, um die Einhaltung der Reinheitsanforderungen zu gewährleisten.

(2)Prüfung der mechanischen Eigenschaften - Umfasst Zugfestigkeit, Streckgrenze und Dehnungstests zur Bewertung der Materialleistung.

(3)Maßprüfung - Misst Dicke, Breite und Länge, um die Einhaltung der vorgegebenen Toleranzen zu gewährleisten.

(4)Prüfung der Oberflächenqualität - Überprüfung auf Defekte wie Kratzer, Risse oder Einschlüsse durch Sicht- und Ultraschallprüfung.

(5)Härteprüfung - Bestimmung der Materialhärte zur Bestätigung der Gleichmäßigkeit und mechanischen Zuverlässigkeit.

Detaillierte Informationen entnehmenSie bitte den SAM-Prüfverfahren.

Häufig gestellte Fragen zu Niob-Dünnschichten auf Saphir-Substraten

Q1. Warum Niob mit Saphir kombinieren?

Der ultraniedrige Mikrowellenverlust von Saphir (tan δ < 10^-6 bei 4 K) und die Glätte auf atomarer Ebene minimieren die Quantendekohärenz, während die thermische Ausdehnung von Saphir der von Niob entspricht, was die Grenzflächenspannung reduziert, die für Quantengeräte mit hoher Kohärenz entscheidend ist.

Q2. Wichtige Anwendungen der Quanteninformatik?

Diese Heterostruktur ermöglicht Transmonen-Qubits mit Relaxationszeiten (T₁) >100 μs und supraleitende Resonatoren mit Qualitätsfaktoren (Q) >10^6, die den Kern von skalierbaren Quantenprozessoren und Quantenspeicherarchitekturen bilden.

Q3. Wie lassen sich damit Teilchenbeschleuniger verbessern?

Epitaktische Niobschichten auf Saphir ermöglichen es SRF-Resonatoren, Beschleunigungsgradienten von mehr als 30 MV/m - das Doppelte herkömmlicher Nb-Resonatoren - aufrechtzuerhalten, indem sie den Oberflächenwiderstand (<5 nΩ) verringern und den magnetischen Flusseinschluss unterdrücken.

Verwandte Informationen

1.übliche Präparationsmethoden

Saphir-Wafer der R-Ebene werden gereinigt und bei 1.000-1.200 °C im Ultrahochvakuum (<10-⁹ Torr) geglüht und anschließend mit Argon-Ionen geätzt, um eine Glätte auf atomarer Ebene zu erreichen. Niob (99,999% rein) wird durch DC-Magnetron-Sputtern bei 400-800°C abgeschieden, wobei die (110) Nb-Schicht mit dem Saphir-Gitter ausgerichtet wird, um die Dehnung zu minimieren. Nach der Abscheidung wird die Kristallinität durch Glühen bei 600-900°C verbessert. Schließlich werden die Filme langsam abgekühlt und zum Schutz optional mit einer Kappe versehen. Auf diese Weise erhält man supraleitende Schichten (Tc ≈ 9,3 K) für Quantenbauelemente.