Wissenschaft

In der PTB werden seit etwa 15 Jahren Strukturen gefertigt, deren laterale Abmessungen im sub-µm Bereich liegen. Seit dieser Zeit wurde auch ein Rasterelektronenmikroskop zur Untersuchung der im Reinraumzentrum gefertigten Dünnschichtstrukturen eingesetzt. Zum Jahreswechsel 2006/2007 wurde dieses Gerät durch ein neues Gerät der Firma Zeiss (Supra 40 Abb. 1) ersetzt. Dieses bietet gegenüber dem Vorgängermodell deutlich bessere Abbildungseigenschaften (Abb. 2 ) und kann so den gesteigerten Anforderungen gerecht werden.

Bild 1: Neues hochauflösendes Rasterelektronenmikroskop Zeiss Supra 40 im Reinraumzentrum

Bild 2: Abbildung einer Einzelelektronenschaltung mit dem alten (a) und mit dem neuen Rasterelektronenmikroskop (b)

Mit einem neuen Messverfahren kann man die Induktivität und die Güte einer Spule aus dem Wirkwiderstand und der Zeitkonstante eines Wechselstromwiderstandes bestimmen. Das Verfahren kombiniert Elemente der klassischen Brückentechnik (Wagner-Erdung) mit der digitalen Synthese von Signalen und ihrer Abtastung unter Anwendung der diskreten Fourier-Transformation (DFT). Zur Erprobung wurde die Induktivität einer 100-mH-Spule bei der Messfrequenz 1 kHz mit einer abgeschätzten Standardmessunsicherheit (k = 1) von 2 x 10-6 aus einem 1-k Wechselstromwider- abgeleitet.

Die von der PTB für programmierbare Spannungsnormale verwendeten Josephson-Kontakte mit Aluminiumoxid-Doppelbarrieren (SINIS-Schaltungen) können aufgrund ihrer speziellen Eigenschaften im Verlauf des komplexen Herstellungsprozesses Schädigungen erfahren, deren Ursachen noch nicht hinreichend bekannt sind. SNS-Kontakte mit lediglich einem Normalleiter als wirksame „Tunnelbarriere“ stellen eine technologische Alternative dar und könnten das Problem der Prozessschädigung auf ein Minimum reduzieren und darüber hinaus zur Prozessvereinfachung beitragen. Bislang konnten jedoch programmierbare Spannungsnormale auf SNS-Basis wegen materialbedingt zu kleiner IcRn Werte (Ic: kritischer Strom, Rn: Normal-Widerstand) nur für Treiberfrequenzen bis ca. 20 GHz realisiert werden. Die am NIST (Boulder, USA) in den letzten Jahren entwickelte Technologie zur Herstellung von SNS-Kontakten auf der Basis von co-gesputterten normalleitenden...

Im Rahmen des EU-Projekts „EuroSQIP“ werden in Kooperation mit dem CNRS in Grenoble DC-SQUIDs (SQUID: Superconducting QUantum Interference Device) hin-sichtlich ihrer Eignung als Phasen-Quantenbits (Qubits) untersucht. Zusammen mit den Partnern vom CNRS wurde ein optimierter SQUID Schaltkreis entworfen, der neben dem eigentlichen SQUID auch eine Hochfrequenzeinkopplung und Filter- strukturen beinhaltet. Die SQUID Schaltkreise wurden an der PTB unter Anwendung von Elektronenstrahllithographie, reaktivem Ionenätzen und chemisch-mechanischem Polieren (CMP) einer SiO₂ Isolationsschicht aus Nb/AlO_x/Nb Dreifach-Schichten (Trilayern) hergestellt. Nach einer Charakterisierung der SQUID Strukturen bei 4,2 K wurden geeignete Schaltkreise ausgewählt, die dann in Grenoble ausführlich in einem Mischungskryostaten bei Temperaturen im mK-Bereich untersucht wurden. Die dort durchgeführten Messungen zeigen, dass das SQUID als Qubit, d.h. als...

Im Rahmen des von der EU geförderten Projekts “RSFQubit“ werden spezielle Einzel- flussquanten-Schaltungen in RSFQ-Logik für die Kontrolle von Josephson-Qubits entwickelt. Bei RSFQ-Schaltungen konventionellen Designs sind starke Fluktuationen des ausgangsseitigen magnetischen Flusses problematisch, die als Folge des durch niederohmige Shuntwiderstände bedingten Johnson-Stromrauschens auftreten. Diese Widerstände erzeugen zwar die für korrekte SFQ-Pulsverarbeitung erforderliche Dämpfung, jedoch würden die relativ niederfrequenten Rauschkomponenten (unterhalb von ca. 10 GHz) eine starke Dekohärenz eines angekoppelten Qubits verursachen. Daher müssen diese Komponenten in integrierten RSFQ-Qubit-Schaltungen unter- drückt werden. Zur Lösung dieses Problems wurden die üblicherweise verwendeten Widerstände durch frequenzabhängige Shunts ersetzt, die aus dissipativen RC-Leitungsgliedern geeigneter Verteilung mit entsprechender Grenzfrequenz...

Ein Chirp-Filter ist ein lineares Element, mit dem eine frequenzabhängige Verzögerung des Signals einer akustischen Oberflächenwelle (surface-acoustic-wave, SAW) erzielt werden kann. Es wird auch als dispersive Verzögerungsleitung bezeichnet (DDL, dispersive delay line). Solche Elemente werden in Puls-Kompressions-Radarsystemen genutzt, aber z. B. auch für Echtzeit-Fourier-Transformationen. Ein Prototyp Chirp-Filter mit einem Zeit-Bandbreite Produkt von 4000 (T = 10 µs; B = 400 MHz) wurde entwickelt, das auf so genanntem "schwarzen", YZ-Schnitt Lithium-Niobat (YZ-LiNbO₃) basiert. Dieser auch als Reflective Array Compressor (RAC) bezeichnete Typ ist schematisch in Bild 1 dargestellt. LiNbO₃ ist stark piezoelektrisch und daher besonders für die Entwicklung von SAW Filtern mit großem Zeit-Bandbreite-Produkt geeignet. Ein Inter-Digital-Wandler (IDT) wandelt ein Mikrowellensignal in eine SAW, die sich entlang der Substratoberfläche...

Hochohmige miniaturisierte Metallstreifen stellen vielseitige Bauelemente mit bemerk- enswerten Eigenschaften für Einzelelektronen (SET)-Schaltungen dar. Diese Elemente erhöhen die Coulomb-Blockade in SET-Transistoren und unterdrücken das Co-Tunneln in SET-Pumpen. Kürzlich haben wir, in Kooperation mit einer Gruppe der Moskauer Staatsuniversität, die Tieftemperatur-Eigenschaften von Cr-Filmen untersucht (siehe Abb. 1a, b), die bei Raumtemperatur sehr hohe Werte des Flächenwider- stands R_S (R_S > 5 kΩ) besitzen. Die Stromstärke-Spannungs (I,V)-Kennlinien dieser Proben zeigten eine hohe Blockadespannung und eine stark ausgeprägte Hysterese nahe des Einsatzes der Blockade.

Um die Natur dieses Verhaltens zu verstehen, haben wir das System durch ein zwei-dimensionales Array von kleinen metallischen Körnern modelliert, die in Nachbar-Nachbar-Wechselwirkung durch oxidische Tunnelkontakte miteinander gekoppelt sind. Unsere Simulationen zeigten,...