利用報告書 / User's Report | ARIM Japan公式ホームページ_マテリアル先端リサーチインフラ

【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.29】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22AT0127

利用課題名 / Title

XPSによる超伝導薄膜の表面状態分析

利用した実施機関 / Support Institute

産業技術総合研究所

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

超伝導量子ビット,量子コンピュータ,超伝導量子デバイス

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

浦出芳郎

所属名 / Affiliation

産業技術総合研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

AT-074：エックス線光電子分光分析装置(XPS)

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

　超伝導量子ビットは量子コンピュータ実現に向けて有望な量子情報の担体である。超伝導量子ビットは損失に敏感であり、近年の研究で電極を構成する超伝導薄膜の表面酸化状態の重要性が指摘されている [1]。今回、産業技術総合研究所NPFのエックス線光電子分光分析装置(XPS)を用いて、超伝導量子デバイスを構成する超伝導薄膜の表面状態の分析を行った。

実験 / Experimental

■ 利用した主な装置
【NPF074】エックス線光電子分光分析装置(XPS)

■ 実験方法
　DCスパッタリングによってシリコンウエハ上に成膜したニオブ(Nb)薄膜やタンタル(Ta)薄膜（厚さ: 約200 nm）をドライエッチングによりパターニングし、デバイスを作製した。ダイシング後のチップの表面状態をXPS装置によって分析した。

結果と考察 / Results and Discussion

　図1に試料をXPS装置のプラテンと呼ばれる試料台に固定した様子を示す。試料の大きさは約5 mm角である。接地のため、銅の治具で挟むことで固定してある。図2にTa 4fのXPSスペクトルを示す。酸化により高束縛エネルギー側にシフトしたピーク対が見られる。シフト量から、最表面には五酸化物（Ta₂O₅）が支配的に形成されていることが分かる。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1: Samples fixed on the platen.

Fig. 2: XPS spectrum of Ta 4f.

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

■ 今後の課題：酸処理によって表面酸化膜がどのような影響を受けるかの調査を行う。
■ 参考文献
[1] M. V. P. Altoé et al., PRX Quantum 3, 020312 (2022).
■ 用語説明
超伝導量子ビット　ジョセフソン接合を含む超伝導電気回路であり、回路の励起状態と基底状態の重ね合わせに量子情報がエンコードされる。
■ 謝辞
本研究は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)「量子計算及びイジング計算システムの総合型研究開発」（JPNP16007）の支援を受けた。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

浦出芳郎,薬師寺啓,辻本学,山田隆宏,牧瀬圭正,水林亘,猪股邦宏, "Nbバッファ層を用いた超伝導Ta膜のマイクロ波特性評価", 第70回応用物理学会春季学術講演会（東京＋オンライン）, 2023年3月17日

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件