A 0.16-3.7GHz Ultra-Compact Noise-Canceling Cryogenic Low-Noise Amplifier at 4 K using 16nm FinFET Technology for Qubit Readout

  • Runzhou Chen
  • , Hamdi Mani
  • , Phil Marsh
  • , Richard Al Hadi
  • , Pragya Shrestha
  • , Jason Campbell
  • , Christopher Chen
  • , Hao Yu Chien
  • , Mau Chung Frank Chang

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Résumé

The rapid evolution of quantum computing drives the demand for CMOS cryogenic electronics to support qubit scaling (Fig. 1). In this regard, we present a 16 nm FinFET technology-based cryogenic low noise amplifier (LNA) crucial for enhancing qubit readout fidelity [1]. FinFETs offer fewer temperature deviations compared to planar generations due to improved gate control [ 2 - 3 ]. The choice of the 16 nm technology node maximizes modern digital capabilities and enables superior system-on-chip (SoC) integration for quantum applications. Our circuit design is based on the cryogenic FinFET device gain and noise temperature characterization at 20 K (Fig. 2) with 50-Ohm ports and the given device models down to -40°C (Fig. 3). Although transistor operation at low temperatures follows standard theory, deviations occur due to factors such as dopant freeze-out and subthreshold slope saturation caused by band tails [4]. This underscores the need for accurate device characterization at low temperatures during the early design stages. Initial results at 4 K suggest the FinFET LNA's potential for low noise, low power, and high gain operation.

langue originaleAnglais
titreDRC 2024 - 82nd Device Research Conference
EditeurInstitute of Electrical and Electronics Engineers Inc.
ISBN (Electronique)9798350373738
Les DOIs
étatPublié - 2024
Evénement82nd Device Research Conference, DRC 2024 - College Park, Etats-Unis
Durée: 24 juin 202426 juin 2024

Série de publications

NomDevice Research Conference - Conference Digest, DRC
ISSN (imprimé)1548-3770

Conférence

Conférence82nd Device Research Conference, DRC 2024
Pays/TerritoireEtats-Unis
La villeCollege Park
période24/06/2426/06/24

Empreinte digitale

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