Bilim insanları, endüstri standardı yarı iletken araçlar kullanılarak üretilen, galyum katkılı epitaksiyel germenyumda süperiletkenlik özelliğini başarıyla gösterdiler. Yeni malzeme, 3.5 Kelvin'in altında süperiletken duruma geçiyor ve kuantum ile kriyojenik RF devreler için önemli bir yapı taşı olan yoğun, wafer ölçeğinde Josephson eklem dizilerini destekliyor.
Elde edilen prototip, tek bir 2 inçlik wafer üzerine entegre edilmiş milyonlarca süperiletken eklem sergiliyor. Eklemeler, litografi yöntemiyle tanımlanmış ve düşük sıcaklıklarda elektriksel olarak karakterize edilmiş, hem süperiletken davranışı hem de pratik cihaz entegrasyonu için gerekli akım yoğunluklarını doğruluyor.
Bu süreç, galyum katkı maddelerinin doğrudan yerine oturan kafes konumlarına yerleştirildiği ultra temiz germenyum filmlerini büyütmek için moleküler ışın epitaksisine dayanıyor. Yeterince yüksek katkı konsantrasyonlarında, filmler toplu bir süperiletken geçişi sergiliyor. Önemlisi, arayüz epitaksiyel kalıyor ve hibrit yığınlarda eklem performansını düşürdüğü bilinen düzensiz ara katmanlardan arındırılmış durumda.
Bu çalışma, küçük ölçekli, katmanlı süperiletkenlerden, yarı iletken sınıfı alt tabakalar üzerinde wafer düzeyinde ölçeklenebilir entegrasyona doğru önemli bir değişimi temsil ediyor. Katkılı germenyum filmleri, bileşik yarı iletken ve kriyojenik CMOS üretiminde kullanılan epitaksiyel tekniklerle büyütüldüğü için, bu platform teorik olarak mevcut dökümhane iş akışlarıyla uyumlu olmalıdır.
Süperiletken kübit dizileri ve kriyojenik mikrodalga ön uçları, günümüzde yarı iletken kontrol mantığını süperiletken ara bağlantılarla entegre etmek için karmaşık paketleme adımlarına dayanıyor. Her iki alanı da monolitik bir yığına gömmek, yüksek yoğunluklu kuantum sistemlerindeki performansı sınırlayan parazitik kapasitans, termal sabitleme ve ara bağlantı güvenilirliği gibi ana darboğazları ortadan kaldırıyor.
Araştırmacılar ayrıca eklem üretimlerinin tekdüzeliğini vurgulayarak, geniş alanlarda oldukça tutarlı kritik akım yoğunlukları gösteriyorlar. Geçiş sıcaklığı hala kriyojenik seviyede kalırken, üretilebilirlikdeki bu gelişme kuantum bilişim, düşük gürültülü algılama ve uzay tabanlı kriyo-RF uygulamalarında daha geniş çapta kullanıma kapı aralıyor.
Şimdilik odak noktası daha büyük waferlar, farklı üretim hatlarında tekrarlanabilirlik ve süperiletken germenyum filmleri ile geleneksel wafer içi mantık arasındaki kuplaj üzerine yoğunlaşıyor. Takip çalışmaları bu özellikleri doğrulursa, süperiletken germenyum ölçeklenebilir kuantum ara bağlantıları için pratik bir yol sunabilir.
