يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

النانوية من بوابة المعرفة الغاليوم / AlGaAs الجانبي نقاط الكم

16.3K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/50581

⸱

نوفمبر 1, 2013

 ,  , 
1Département de Physique, Faculté des Sciences, Université de Sherbrooke

في هذه المقالة

ملخص

وتعرض هذه الورقة على بروتوكول تلفيق مفصلة لبوابة المعرفة من قبل أشباه الموصلات النقاط الكمومية الجانبية على heterostructures الغاليوم. وتستخدم هذه الأجهزة النانومترية الحجم إلى اعتراض بعض الإلكترونات للاستخدام كما بت الكم في معالجة المعلومات الكمومية أو لإجراء التجارب جرحشاعثزرحشرتاد أخرى مثل قياسات تصرف متماسك.

الملخص

كمبيوتر الكم هو جهاز كمبيوتر يتكون من بت الكم (المكدسة) أن يستفيد من آثار الكم، مثل تراكب من الدول وتشابك، من أجل حل بعض المشاكل أضعافا مضاعفة أسرع من أفضل الخوارزميات المعروفة على جهاز كمبيوتر الكلاسيكية. بوابة المعرفة من نقاط الكم الوحشي على الغاليوم / AlGaAs هي واحدة من العديد من السبل لاستكشاف تنفيذ و qubit. عندما ملفقة بشكل صحيح، مثل هذا الجهاز قادر على اعتراض عدد قليل من الإلكترونات في منطقة معينة من الفضاء. ويمكن بعد ذلك للولايات تدور هذه الإلكترونات أن تستخدم لتنفيذ المنطقية 0 و 1 من بت الكم. نظرا لحجم النانومتر من هذه النقاط الكمومية، مرافق غرف الأبحاث التي تقدم المعدات المتخصصة مثل المسح الضوئي والمجاهر الإلكترونية والبريد شعاع تبخر أنها لازمة لتصنيع بهم. يجب توخي الحذر الشديد في جميع مراحل عملية التصنيع للحفاظ على نظافة سطح العينة وإلى تجنب إتلاف بوابات الهشة للهيكل. هذه الورقةويقدم البروتوكول تلفيق مفصلة من بوابة المعرفة من نقاط الكم الجانبي من الرقاقة إلى جهاز العمل. كما ناقش بإيجاز أساليب توصيف وممثل النتائج. على الرغم من أن هذه الورقة تركز على مضاعفة نقاط الكم، عملية تلفيق لا يزال هو نفسه لنقطة واحدة أو ثلاثة أو حتى صفائف من النقاط الكمومية. وعلاوة على ذلك، فإن البروتوكول يمكن تكييفها لافتعال نقاط الكم الوحشي على ركائز أخرى، مثل سي / SiGe.

المقدمة

وقد وضعت الكم علم المعلومات على الكثير من الاهتمام من أي وقت مضى منذ أن تبين أن الخوارزميات الكمومية يمكن أن تستخدم في حل بعض المشاكل أضعافا مضاعفة أسرع من أفضل الخوارزميات الكلاسيكية المعروفة 1. مرشح واضح لبت الكم (و qubit) هو دوران إلكترون واحد محصورة في الكم نقطة نظرا لأنه هو نظام من مستويين. وقد اقترحت العديد من أبنية لتنفيذ نقاط الكم، بما في ذلك شبه الموصلة أسلاك 2، 3 أنابيب الكربون النانوية، نقاط الكم الذاتي تجميعها 4، وأشباه الموصلات عمودي 5 و 6 نقاط الكم الجانبي. نقاط الكم الجانبي بوابة المعرفة في الغاليوم / تم heterostructures AlGaAs ناجحة جدا بسبب تعدد استعمالاتها وعملية التصنيع الخاصة بهم هو محور هذه الورقة.

في النقاط الكمومية الجانبية، والحبس من الإلكترونات في اتجاه عمودي على سطح العينة (Z اتجاه) طو يتحقق عن طريق اختيار الركيزة المناسبة. يعرض الغاليوم / AlGaAs heterostructure التحوير مخدر غاز الإلكترون ثنائية الأبعاد (2DEG) تقتصر على واجهة بين AlGaAs وطبقات الغاليوم. وتزرع هذه العينات بواسطة الجزيئية تناضد شعاع للحصول على كثافة منخفضة الشوائب التي، جنبا إلى جنب مع تقنية التضمين المنشطات، يؤدي إلى التنقل الإلكترون عالية في 2DEG. وتظهر التخطيطي لطبقات مختلفة من heterostructure وكذلك هيكل الفرقة في الشكل 1. وهناك حاجة إلى التنقل الإلكترون عالية في 2DEG لضمان تماسك الدول الإلكترونية على سطح كامل من الكم نقطة. تم شراؤها الركيزة المستخدمة في عملية التصنيع هو موضح أدناه من مجلس البحوث الوطني في كندا ويمثل كثافة الإلكترونات من 2.2 × 10 11 سم -2 والتنقل الإلكترون من 1.69 × 10 6 سم 2 / Vsec.

الحبس من الإلكترونات في بارال الاتجاهاتويتحقق الحد الأدنى للانفجار على سطح العينة عن طريق وضع أقطاب معدنية على سطح الركيزة. عندما تترسب هذه الأقطاب على سطح العينة الغاليوم، تتشكل حواجز شوتكي 7. الفولتية السلبية المطبقة على مثل هذه الأقطاب يؤدي إلى الحواجز المحلية في 2DEG أدناه والتي الإلكترونات فقط مع ما يكفي من الطاقة يمكن أن يعبر. استنفاد 2DEG يحدث عند الجهد المطبق هو سلبي يكفي أن الإلكترونات لا يكون ما يكفي من الطاقة لعبور الحاجز. لذلك، عن طريق اختيار بعناية هندسة الأقطاب، فمن الممكن إلى اعتراض عدد صغير من الالكترونات بين المناطق المنضب من العينة. ويمكن تحقيق السيطرة على عدد من الإلكترونات على نقطة فضلا عن الطاقة نفق بين نقطة و2DEG في بقية عينة من صقل الفولتية على الأقطاب. ويرد التخطيطي للأقطاب البوابة والغاز الإلكترون المنضب في الشكل 2. تصميم لهياكل بوابة تشكيل نقطة فيspired من خلال تصميم المستخدمة من قبل بارثيل وآخرون. 8

للسيطرة، وتلا المعلومات فيما يتعلق بعدد الإلكترونات على النقطة، فمن المفيد للحث وقياس الحالي من خلال نقطة. يمكن أيضا أن يتم قراءات باستخدام نقطة الاتصال الكم (QPC)، الأمر الذي يتطلب أيضا الحالي من خلال 2DEG. يتم ضمان الاتصال بين مصادر 2DEG والجهد من قبل اتصالات أومية. هذه هي منصات المعدنية التي تنتشر من سطح العينة على طول الطريق وصولا الى 2DEG باستخدام معيار السريع الحرارية يصلب عملية 7 (انظر الشكلين 3A و 4B). لتجنب دوائر قصيرة بين المصدر والكفاءات، وحفرت على سطح العينة بحيث يتم استنفاد 2DEG في مناطق معينة ويضطر إلى السفر الحالية من خلال قنوات محددة معينة (انظر أرقام 3B و 4A). ويشار إلى المنطقة حيث لا يزال 2DEG لا يزال باسم "ميسا".

تفاصيل بروتوكول التالية عملية تلفيق كامل من نقطة بوابة المعرفة الوحشي الكم على الغاليوم / AlGaAs الركيزة. عملية غير قابلة للتطوير لأنه لا يزال هو نفسه بغض النظر إذا كان الجهاز قيد التجهيز هو، مزدوجة، أو ثلاثة أضعاف الكم نقطة واحدة أو حتى مجموعة من نقاط الكم. والتلاعب، والقياس، والنتائج لمضاعفة نقاط الكم ملفقة باستخدام هذا الأسلوب تمت مناقشتها في أقسام أخرى.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

تتم العملية تلفيق موضح أدناه على الغاليوم / AlGaAs الركيزة مع أبعاد 1.04 X 1.04 سم. هي ملفقة والعشرين أجهزة مماثلة على ركيزة من هذا الحجم. تتم جميع خطوات عملية في غرف الأبحاث ويجب أن تستخدم أجهزة الوقاية المناسبة في جميع الأوقات. ويستخدم الماء منزوع الأيونات في جميع مراحل العملية، ولكن مجرد يشار إلى "المياه" في البروتوكول أدناه.

1. النقش من ميسا

يظهر نتيجة لهذه الخطوة تلفيق في الشكل 4A.

  1. ضع عينة في آشر البلازما مع O 2 البلازما في 75 W لمدة 2 دقيقة لإزالة أي آثار للمركبات غير مرغوب فيها مقاومة أو العضوية.
  2. تنظيف العينة في حمام سونيك مع الأسيتون (2X) ومعهد الإدارة العامة لمدة 5 دقائق لكل منهما. مجففا مع مضغوط N 2 بندقية. في جميع أنحاء بروتوكول تلفيق، عند استخدام حمام الصوتية، وتجنب استخدام الصلاحيات عالية لمنع تلف رقاقة الغاليومأن لديه ميل ليلتصق.
  3. خبز العينة في الفرن على 125 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة على الأقل ليذوى السطح. يمكن أيضا أن يتحقق الجفاف عن طريق وضع عينة على طبق ساخن على حرارة 180 درجة مئوية لمدة 5 دقائق على الأقل.
  4. تدور معطف العينة مع شيبلي S1818 مقاوم الضوء على 3،500 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية ويخبز على طبق ساخن عند 115 درجة مئوية لمدة 60 ثانية. طبقة الناتجة من مقاومة يجب أن تكون حوالي 2.5 ميكرون سميكة. يستخدم S1818 لأنها سميكة ويتأثر قليلا جدا من الحل المستخدمة في الخطوة 1.11 لحفر الركيزة. في جميع مراحل عملية التصنيع، من المهم تجنب overbaking مقاومة للضوء والبريد شعاع يقاوم لضمان سهولة إزالة في الخطوات اللاحقة.
  5. استخدام قناع اليجنر الفوتوليتوغرافية وقناع حبة حافة لفضح مقاومة على الحافة الخارجية للعينة. يتكون القناع حبة حافة 1 × 1 سم مربع الكروم على طبق من زجاج. استخدام الضوء مع طول موجة من 436 نانومتر، وفضح مقاومة لمدة 10 ثانية في 15M W / سم 2. وايتم إصلاح velength والسلطة ويمكن أن تختلف مع آلة تستخدم. ضبط أوقات التعرض والتنمية للحصول على ميزات محددة جيدا من الحجم المناسب.
  6. تطوير يتعرض مقاومة بغمر عينة في MF-319 لمدة 2 دقيقة 10 ثانية. تستنهض الهمم ببطء خلال هذه الخطوة. شطف في الماء لمدة 15 ثانية وضربة الجافة مع مضغوط N 2 بندقية. يجب إزالة حافة حبة في نهاية هذه الخطوة، وترك 1 × 1 سم مع سطح سمك موحد من مقاومة في منتصف العينة. تتم إزالة حافة حبة قبل تعريض قناع ميسا للحصول على اتصال أفضل بين القناع والعينة، مما يؤدي إلى نتائج أفضل.
  7. لا تزال تستخدم اليجنر قناع الفوتوليتوغرافية، فضح مقاومة باستخدام قناع ميسا و 436 نانومتر ضوء لمدة 7 ثوانى في 15 ميغاواط / سم 2.
  8. تطوير يتعرض مقاومة بغمر عينة في MF-319 لمدة 2 دقيقة 10 ثانية وتهييج ببطء. شطف لمدة 15 ثانية في الماء وضربة الجافة مع مضغوط N 2 بندقية. ومقاومة remaininز على العينة لديها الآن شكل ميسا. ومقاومة من شأنها حماية هذه المنطقة من عينة من يجري محفورا بعيدا في الخطوات التي تتبع.
  9. لإزالة كل أثر للمقاومة في المنطقة التي سبق تعرضها، يتم وضع العينة في آشر البلازما ويتعرض إلى O 2 البلازما لمدة 1 دقيقة في 75 W.
  10. ويستخدم H 2 O (05:01:55) لحفر العينة: هناك حل من H 2 SO 4: H 2 O 2. الجمع بين النسب المناسبة من H 2 O 2 والماء ثم إضافة H 2 SO 4. هذا الحل هو رد الفعل للغاية عندما يتم إعداد لأول مرة. انتظر 20 دقيقة قبل الانتقال الى الخطوة التالية لتجنب overetching.
  11. حفر عينة من تخبط في محلول حمض لعدة ثوان والشطف على الفور في الماء لمدة 30 ثانية لوقف رد الفعل. يجب أن يكون محفورا سطح العينة الماضي طبقة من dopants سي وتقريبا كل الطريق وصولا الى 2DEG لضمان نضوب في هذه المناطق (SEه الشكل 1). عمق حفر يمكن أن تختلف تبعا الركيزة. عموما، لنوع من الركيزة المستخدمة، ثانية الغمر 34 يؤدي إلى عمق حفر المرجوة من 90-100 نانومتر. ومع ذلك، فمن المهم أن لا overetch لتجنب إتلاف 2DEG. منذ معدل حفر يختلف بشدة مع نسبة من H 2 SO 4 و H 2 O 2 في الحل وكذلك مع وقت الانتظار قبل حفر، فمن المستحسن لأداء الحفر من قبل العديد من الغمر من 5-10 ثانية، وبدلا من ذلك من واحد 34 ثانية حفر، وقياس عمق محفورا مع profilometer بعد كل حفر. معدل حفر بطيئة نسبيا لهذا الحل يسمح لمراقبة جيدة من عمق حفر. يمكن تبريد حل الحفر تحت درجة حرارة الغرفة يؤدي إلى انخفاض معدلات حفر. ومع ذلك، نظرا لأنه هو حفر ضحلة وحفر الشخصي غير مهم، حلول النقش مختلفة يمكن أن تستخدم أيضا.
  12. تجريد مقاومة بغمر عينة في 1165 المزيل عند 65 درجة مئوية لمدة 3 ساعة. شطففي الأسيتون وIPA لمدة 5 دقائق لكل منهما. قياس الشخصي حفر مع profilometer.

2. تلفيق للاتصالات أومية

يظهر نتيجة لهذه الخطوة تلفيق في الشكل 4B.

  1. تنظيف العينة في حمام سونيك عن طريق الغمر في الأسيتون (2X) ومعهد الإدارة العامة لمدة 5 دقائق لكل منهما. ضربة الجافة مع مضغوط N 2 بندقية.
  2. خبز العينة في الفرن على 125 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة إلى يذوى السطح.
  3. تدور معطف مع LOR5A في 2،500 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية ويخبز على طبق ساخن عند 150 درجة مئوية لمدة 10 دقيقة. ثم، وتدور معطف مع S1813 في 5،000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية ويخبز على طبق ساخن عند 110 درجة مئوية لمدة 60 ثانية. والسماكات الناتجة من مقاومة هي ~ ~ 600 نانومتر و1.3 ميكرون، على التوالي. وتستخدم طبقتين من مقاومة لتسهيل رفع الخروج من المعادن التي ستودع في الخطوة 2.10.
  4. باستخدام قناع اليجنر الفوتوليتوغرافية وقناع حبة الحافة، وفضح مقاومة على إد الخارجيGE من العينة مع 436 نانومتر ضوء لمدة 10 ثانية في 15 ميغاواط / سم 2.
  5. تطوير يتعرض مقاومة بغمر عينة في MF-319 لمدة 2 دقيقة 10 ثانية في حين تهييج بسلاسة. شطف في الماء لمدة 15 ثانية وضربة الجافة مع مضغوط N 2 بندقية.
  6. لا تزال تستخدم اليجنر قناع الطباعة التصويرية، ولكن هذه المرة مع قناع الاتصال أومية، والمواءمة بين أنماط للاتصالات أومية على محفورا ميسا. فضح مع 436 نانومتر ضوء لمدة 6 ثانية في 15 ميغاواط / سم 2.
  7. تطوير مقاومة في MF-319 لمدة 2 دقيقة 10 ثانية في حين تهييج بسلاسة. شطف في الماء لمدة 15 ثانية وضربة الجافة مع مضغوط N 2 بندقية. لم يعد هناك مقاومة في المناطق حيث سيتم إيداع اتصالات أومية. المطور يذوب 5A LOR أسرع من S1813، وترك تقويض تحت الطبقة العليا من مقاومة. هذا الملف في مقاومة يمنع المعدنية (التي ستودع في الخطوة 2.10) من تشكيل الجدران في حواف مقاومة، وسوف تسمح أيضا remova سهلةl من ما تبقى مقاومة والمعادن غير مرغوب فيه.
  8. لإزالة كل أثر للمقاومة في المنطقة التي سبق تعرضها، ضع عينة في آشر البلازما وتعريضها إلى O 2 البلازما لمدة 1 دقيقة في 75 W. ومن المهم عدم السماح للعينة الجلوس لفترة طويلة جدا في البلازما بسبب حوالي 75 نانومتر / دقيقة من مقاومة وحفرت خلال هذه الخطوة.
  9. إزالة أكسيد الأصلي الغاليوم بغمر العينة في محلول H 2 SO 4: H 2 O (1:5) لمدة 30 ثانية والشطف في الماء لمدة 30 ثانية. ضربة الجافة مع مضغوط N 2 بندقية. الخطوة 2.10 ينبغي أن يقوم في أقرب وقت ممكن لمنع أكسيد الأم من عودته للظهور.
  10. استخدام جهاز تبخير البريد شعاع لإيداع 25 نانومتر من ني، 55 نيوتن متر من قه، و 80 نيوتن متر من الاتحاد الافريقي. معدلات ترسب هي على التوالي 0.2 نانومتر / ثانية، و 0.5 نانومتر / ثانية و 0.5 نانومتر / ثانية. ويتم اختيار معدلات ترسب بحيث الوقت تبخر قصيرة بما يكفي لتجنب تسخين غرفة دون أن تكون قصيرة وذلك لتفقد الدقة من سمك روقال انه اودع طبقة. يمكن استبدال طبقة ثنائية من قه والاتحاد الافريقي من قبل طبقة واحدة من GeAu سهل الانصهار إذا كان متوفرا 9.
  11. الخطوة السابقة المودعة المعدنية على كامل سطح العينة. ويتم التخلص من المعادن التي يتم إيداعها على مقاومة عن طريق إذابة هذا الأخير. للقيام بذلك، تزج العينة في 1165 المزيل عند 65 درجة مئوية لمدة 3 ساعة. لإزالة أي معدن غير المرغوب فيها التي قد لا يكون رفع من تلقاء نفسها، واستخدام ماصة للرش بخفة سطح العينة مع مزيل الساخنة. شطف العينة في الأسيتون وIPA لمدة 5 دقائق لكل منهما.
  12. ويستخدم السريع يصلب العملية الحرارية في غاز تشكيل لإمتصاص المعادن المودعة وصولا الى 2DEG من العينة. يتم زيادة درجة الحرارة بمعدل 50 درجة مئوية / ثانية حتى يتم التوصل ° C درجة حرارة 415. يتم ترك العينة في درجة الحرارة هذه لمدة 20 ثانية ومن ثم يتم تبريده بسرعة. ويتم اختيار مدة ودرجة حرارة يصلب للحصول على أصغر مقاومة من خلال اتصالات أومية في انخفاضدرجة الحرارة. ويصلب الوقت الأمثل يمكن أن تختلف تبعا لعمق 2DEG في الركيزة.

3. تلفيق من تي / الاتحاد الافريقي شوتكي العروض

يظهر نتيجة لهذه الخطوة تلفيق في 4C الشكل.

  1. تنظيف العينة في حمام سونيك عن طريق الغمر في الأسيتون (2X) ومعهد الإدارة العامة لمدة 5 دقائق لكل منهما. ضربة الجافة مع مضغوط N 2 بندقية.
  2. خبز العينة في الفرن على 125 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة إلى يذوى السطح.
  3. تدور معطف PMMALMW4٪ في 5000rpm لمدة 30 ثانية ويخبز على طبق ساخن على حرارة 180 درجة مئوية لمدة 90 ثانية. ثم، وتدور معطف PMMA HMW 2٪ عند 5،000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية ويخبز على طبق ساخن على حرارة 180 درجة مئوية لمدة 90 ثانية. والسماكات الناتجة من مقاومة هي ~ 75 ~ 40 نانومتر ونانومتر، على التوالي. منذ تي / الاتحاد الافريقي يؤدي سيكون رقيقة جدا، وطبقة واحدة من PMMA يمكن استخدامها، ولكن سوف تحتاج المعلمات الغزل، والتعرض والتنمية إلى تعديل في النتيجة. وينطبق هذا التعليق أيضا إلى Tويقود القاعدة وبوابات (الخطوة 4).
  4. عملية البريد شعاع: هذا جزء من عملية تعتمد بشكل كبير على المعدات المستخدمة والبروتوكول يجب بالتالي يمكن أن تختلف اختلافا كبيرا عن تلك الموضحة أدناه. يتم رسم أنماط يؤدي في ملف CAD. في هذا الملف، يجب الانتباه يؤدي كما المضلعات المغلقة التي هي واسعة 2 ميكرون. وهناك حاجة إلى الاتصال يؤدي إلى منصات الرابطة (ملفقة في الخطوة 5) إلى آل غيتس (ملفقة في الخطوة 4). ويجب أيضا أن تتعرض أربع علامات المحاذاة للسماح المحاذاة الرأسية والأفقية، ودوران يؤدي القاعدة والبوابات على تي / الاتحاد الافريقي شوتكي يؤدي.
    1. وضع العينة في المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) التي هي مجهزة تجهيزا للقيام الطباعة الحجرية البريد شعاع. استخدام فتحة من 10 ميكرون إلى تقليل حجم بقعة شعاع وتعيين تسارع الجهد إلى 10 كيلو فولت لضمان وجود تباين جيد خلال التوافق على الهياكل ملفقة سابقا. ضبط التركيز، وصم، ومحاذاة الفتحة.قياس شعاع الحالية مع فنجان فاراداي.
    2. محاذاة شعاع مع ميسا محفورا سابقا وتعيين التكبير إلى 300X.
    3. فضح الخيوط. وتمت برمجة SEM لفضح المناطق المرغوبة عن طريق ملء لهم مع مجموعة من النقاط المكشوفة. المسافة بين هذه النقاط (المسافة مركز إلى مركز) هو 5.5 نانومتر، والجرعة هي 43 μC / سم 2 (الوقت التعرض سوف تعتمد على شعاع الحالي يقاس في الخطوة 3.5.1). كشف علامات المحاذاة وكذلك للسماح للمحاذاة غيتس آل مع تي / الاتحاد الافريقي يؤدي في الخطوة 4.
    4. كرر الخطوات من 3.5.2 و3.5.3 لكل من الأجهزة 20 على العينة.
  5. تطوير مقاومة بغمر عينة في IPA: H 2 O (9:1) لمدة 30 ثانية. يجب أن يكون الحل في درجة حرارة 20 درجة مئوية. شطف في الماء لمدة 30 ثانية وضربة الجافة مع مضغوط N 2 بندقية. إذا تفضل، وPMMA مقاومة يمكن تطويرها باستخدام IPA: حل MIBK والشطف في IPA لوقف رد الفعل. A د مختلفةوسوف تكون هناك حاجة إلى وقت evelopment إذا تم اختيار هذا الخيار.
  6. ضع عينة في آشر البلازما وتعريضها إلى O 2 البلازما لمدة 4 ثانية في 50 W. هذا يزيل 5 نانومتر من مقاومة ويضمن عدم وجود مقاومة غادر في الجزء السفلي من الخنادق شكلت أثناء عملية البريد شعاع.
  7. إزالة أكسيد الأصلي الغاليوم بغمر العينة في محلول H 2 SO 4: H 2 O (1:5) لمدة 30 ثانية وشطف في الماء لمدة 30 ثانية. ضربة الجافة مع مضغوط N 2 بندقية. الخطوة 3.8 يجب أن يتم تنفيذ في أقرب وقت ممكن لمنع أكسيد الأم من عودته للظهور.
  8. وضع العينة في البريد شعاع المبخر وإيداع 10 نانومتر من تي و 20 نيوتن متر من الاتحاد الافريقي، على حد سواء بمعدل 0.1 نانومتر / ثانية. ومن المهم لصاحب العينة إلى أن تستند بشكل جيد وضعت 60 سم على الأقل بعيدا عن مصدر لمنع الاتهامات من التراكم على العينة أثناء عملية الترسيب.
  9. رفع قبالة المعدنية الزائدة عن طريق غمر العينة في 1165 المزيل عند 65 درجةمئوية لمدة 15 دقيقة. لإزالة أي معدن غير المرغوب فيها التي قد لا يكون رفع من تلقاء نفسها، واستخدام ماصة للرش بخفة سطح العينة مع مزيل الساخنة. شطف في الأسيتون وIPA لمدة 5 دقائق لكل منهما.

4. تلفيق يؤدي شوتكي القاعدة وغيتس

يظهر نتيجة لهذه الخطوة تلفيق في الشكل 4D.

تلفيق آل شوتكي يؤدي وتشكل بوابات الخطوة الأكثر أهمية من عملية تلفيق لأن هذه هي البوابات التي تحدد نقطة. من المهم أن شعاع الالكترون أن تركز جيدا وشعاع الحالي تعديلها بشكل جيد في الخطوة 4.2. التعرض والأوقات التنمية يجب أيضا أن تعدل بشكل جيد للحصول على بوابات صغيرة والمستمر ومحددة جيدا. في العديد من البروتوكولات، هي ملفقة هذه البوابات ويؤدي في تي / الاتحاد الافريقي ويتعرضون في وقت واحد مع يؤدي السابقة أثناء الخطوة 3. ومع ذلك، والاستفادة من استخدام القاعدة هو أنه يمكن أن تتأكسد، therefخام السماح لعناصر مثل أعلى غيتس لتودع مباشرة على سطح عينة من دون الحاجة إلى وجود طبقة عازلة كبيرة 10.

  1. كرر الخطوات من 3.1 إلى 3.4.2. ومع ذلك، لا تستخدم الحمام سونيك في حين تنظيف العينة لتجنب إتلاف تي / الاتحاد الافريقي يقود.
  2. عملية البريد شعاع: يتم رسم أنماط يؤدي القاعدة وغيتس في ملف CAD. وتستخدم الخيوط آل الاتصال تي / الاتحاد الافريقي يؤدي إلى بوابات القاعدة ويتم رسمها كما المضلعات المغلقة مع عرض 200 نانومتر. آل غيتس ومع ذلك لم يتم رسمها والمضلعات، ولكن بدلا عن اثنين من خطوط واحد مفصولة 20 نانومتر.
    1. مرة واحدة وقد تم محاذاة شعاع مع ميسا، تعيين التكبير إلى 1،500 X ومحاذاة شعاع مع تي / الاتحاد الافريقي شوتكي يؤدي.
    2. فضح الخيوط. استخدام جرعة من 43 μC / سم 2 وعلى مسافة مركز إلى مركز من 3.3 نانومتر.
    3. فضح غيتس. استخدام جرعة من 0.149 خط كارولنا الشمالية / سم وعلى بعد مسافة مركز إلى مركز من 1.1 نانومتر. وسوف يؤدي ذلك إلىعرض البوابة النهائي من 60 نانومتر.
    4. كرر الخطوات من 4.2.1 - 4.2.3 لكل من الأجهزة على 20 عينة.
  3. كرر الخطوات من 3،5-3،7.
  4. وضع العينة في البريد شعاع المبخر وإيداع 30 نانومتر من آل بمعدل 0.3 نانومتر / ثانية.
  5. كرر الخطوة 3.10. من المهم أن تكون حساسة جدا مع عينة من هذه الخطوة فصاعدا لتجنب إتلاف بوابات صغيرة آل.

5. تلفيق يؤدي شوتكي والوسادات الربط

يظهر نتيجة لهذه الخطوة في تلفيق 4E الشكل.

  1. كرر الخطوات من 2،1-2،9، وذلك باستخدام قناع الفوتوليتوغرافية لشوتكي يؤدي بدلا من قناع لمنصات أومية.
  2. وضع العينة في البريد شعاع المبخر وإيداع 30 نانومتر من تي و 350 نانومتر للاتحاد الافريقي في معدلات 0.3 نانومتر / ثانية و 1 نانومتر / ثانية على التوالي. طبقة سميكة من الاتحاد الافريقي أودعت يسهل الترابط من العينة إلى صاحب العينة لأنه أقل عرضة للتمزق من ثيطبقات nner التعبئة.
  3. رفع قبالة المعادن الزائدة والمتبقية مقاومة بغمر عينة في 1165 المزيل عند 65 درجة مئوية لمدة 3 ساعة. لإزالة أي معدن غير المرغوب فيها التي قد لا يكون رفع من تلقاء نفسها، واستخدام ماصة للرش بخفة سطح العينة مع مزيل الساخنة. شطف العينة في الأسيتون وIPA لمدة 5 دقائق لكل منهما.

6. التكعيب من العينات

  1. خبز العينة في الفرن على 125 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة إلى يذوى السطح.
  2. تدور معطف مع S1818 في 3،500 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية ويخبز على طبق ساخن عند 115 درجة مئوية لمدة 1 دقيقة. سمك هذه الطبقة من مقاومة هو غير مهم طالما أنها سميكة بما فيه الكفاية لحماية سطح العينة أثناء التكعيب.
  3. وضع طبقة من تقطيع الشريط على وجوه العلوية والسفلية من العينة. طبقة من الشريط على الوجه العلوي يوفر طبقة إضافية من الحماية للجهاز أثناء التكعيب.
  4. ضع عينة وجها حتى في المقامر. قطع العينة إلى الأجهزة الفردية من قبل التكعيبعلى طول الطريق من خلال الطبقة العليا من الشريط التكعيب والغاليوم / رقاقة AlGaAs بدون تقطيع من خلال الطبقة السفلية من تقطيع الشريط.
  5. إزالة الشريط التكعيب واقية تقاوم عن طريق وضع عينة في الأسيتون لبضع دقائق. استخدام ملاقط لسحب بلطف قبالة قطعة من الشريط التكعيب التي لا ترفع من تلقاء نفسها. شطف الأجهزة في IPA وضربة الجافة باستخدام N 2 بندقية.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

واحدة من الخطوات الحاسمة في عملية وصفها أعلاه هو النقش من ميسا (الخطوة 1). من المهم أن حفر ما يكفي لإزالة أدناه 2DEG مع تجنب overetching. ولذلك، فمن المستحسن استخدام الغاليوم معظم عينة وهمية لاختبار الحل النقش قبل تنفيذ حفر على الغاليوم / عينة AlGaAs. معدل حفر من الغاليوم / AlGaAs heterostructure هو أكبر من ذلك من الغاليوم، ولكن النقش من وهمية يمكن أن تعطي إشارة إلى ما إذا كان الحل هو أكثر أو أقل نشاطا من المعتاد، والوقت حفر من العينة الفعلية يمكن تعديلها وفقا لذلك.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

عملية المعروضة أعلاه يصف بروتوكول تلفيق نقطة الكم مزدوج قادرة على الوصول إلى النظام القليلة الإلكترون. ومع ذلك، قد المعلمات نظرا يختلف وفقا لنموذج ومعايرة المعدات المستخدمة. ولذلك، فإن المعلمات مثل جرعات عن التعرض أثناء الخطوات البريد شعاع وضوئيه يجب أن تكون محسوبة قبل تصنيع الأجهزة. يمكن بسهولة أن تتكيف عملية تلفيق بوابة المعرفة من نقاط الكم على أنواع أخرى من ركائز، مثل سي / SiGe، التي تقدم أيضا 2DEG.

لأنواع معي...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

شكر وتقدير

الكتاب أشكر مايكل Lacerte حصول على الدعم الفني. MP-L. يعترف المعهد الكندي للأبحاث المتقدمة (CIFAR)، والعلوم الطبيعية والهندسة مجلس البحوث كندا (NSERC)، والمؤسسة الكندية للابتكارات (CFI) وفون للبحوث كيبيك - الطبيعة وتقنيات (FRQNT) للحصول على الدعم المالي. كانت ملفقة الجهاز المقدمة هنا في CRN2 وIMDQ المرافق، الذي تموله جزئيا NanoQuébec. لفقت من الغاليوم / AlGaAs الركيزة التي كتبها ZR اسيلفسكي من معهد العلوم المجهرية في مجلس القومي للبحوث كندا. JCL وCB-O. نعترف CRSNG وFRQNT للحصول على الدعم المالي.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
الأسيتون - CH3COCH3AnachemiaAC-015067-64-1
كحول الأيزوبروبيل (IPA) - (CH3)2CHOHAnachemiaAC-783067-63-0
1165 RemoverMicroChem CorpG050200872-50-4
Microposit MF-319 DeveloperShipley3846075-59-2
حامض الكبريتيك - H2< / sub>SO4< / sub>AnachemiaAC-8750766-93-9
بيروكسيد الهيدروجين (30٪) - H2< / sub>O2< / sub>Fisher Scientific7722-84-1
LOR 5A مقاومة الإقلاعMicroChem CorpG516608120-92-3
Microposit S1813 Photo ResistShipley41280108-65-6
Microposit S1818 Photo ResistShipley41340108-65-6
PMMA LMW 4٪ في anisoleMicroChem Corp100-66-3 ، 9011-14-7
PMMA HMW 2٪ في anisoleMicroChem Corp100-66-3 ، 9011-14-7
GaAs / AlGaAs رقاقةالمجلس الوطني للبحوث كنداانظر هيكل الطبقة التفصيلي في الشكل 1< / قوي>.
Ni (99.0٪)Anachemia
Ge (99.999٪) CERACinc.
الاتحاد الافريقي (99.999٪) شركةKamis
تي (99.995٪)شركة Kurt J Lesker
AlKamis Inc.
الايبوكسي الايبوكسي الفضيH20E
تقنية

المراجع

  1. Shor, P. W. Polynomial-time algorithms for prime factorization and discrete logarithms on a quantum computer. SIAM J. Sci. Comput. 26 (5), 1484-1509 (1997).
  2. Björk, M. T., Thelander, C., et al. Few-Electron Quantum Dots in Nanowires. Nano Lett. 4 (9), 1621-1625 (2004).
  3. Dekker, C. Carbon Nanotubes as Molecular Quantum Wires. Phys. Today. 52 (5), 22-28 (1999).
  4. Klein, D. L., McEuen, P. L., Bown Katari, J. E., Roth, R., Alivisatos, A. P. An Approach to Electrical Studies of Single Nanocrystals. Appl. Phys. Lett. 68 (18), 2574-2576 (1996).
  5. Kouwenhoven, L. P., Oosterkamp, T. H., et al. Excitation Spectra in Circular Few-Electron Quantum Dots. Science. 278 (5344), 1788-1792 (1997).
  6. Ciorga, M., Sachrajda, A. S. Z., et al. Addition Spectrum of a Lateral Dot from Coulomb and Spin-Blockade Spectroscopy. Phys. Rev. B. 61 (24), R16315-R16318 (2000).
  7. Baca, A. G., Ashby, C. I. H. Fabrication of GaAs Devices. , The Institute of Electrical Engineers. London, United Kingdom. 350(2005).
  8. Barthel, C., Reilly, D. J., Marcus, C. M., Hanson, M. P., Gossard, A. C. Rapid Single-Shot Measurement of a Singlet-Triplet Qubit. Phys. Rev. Lett. 103 (16), 160503(2009).
  9. S, A Survey of Ohmic Contacts to III-V Compound Semiconductors. Thin Solid Films. 308 (0), 599-606 (1997).
  10. Lim, W. H., Huebl, H., et al. Electrostatically Defined Few-Electron Double Quantum Dot in Silicon. Appl. Phys. Lett. 94 (17), 173502(2009).
  11. Elzerman, J. M., Hanson, R., et al. Few-Electron Quantum Dot Circuit with Integrated Charge Read Out. Phys. Rev. B. 67 (16), 161308(2003).
  12. Johnson, A. C., Petta, J. R., Marcus, C. M., Hanson, M. P., Gossard, A. C. Singlet-Triplet Spin Blockade and Charge Sensing in a Few-Electron Double Quantum Dot. Phys. Rev. B. 72 (16), 165308(2005).
  13. Hanson, R., Kouwenhoven, L. P., Petta, J. R., Tarucha, S., Vandersypen, L. M. K. Spins in Few-Electron Quantum Dots. Rev. Mod. Phys. 79 (4), 1217-1265 (2007).
  14. Long, A. R., Pioro-Ladrière, M., et al. The Origin of Switching Noise in GaAs/AlGaAs Lateral Gated Devices. Physica E Low Dimens. Syst. Nanostruct. 34 (1-2), 553-556 (2006).
  15. Koppens, F. H. L., Buizert, C., et al. Driven Coherent Oscillations of a Single Electron Spin in a Quantum Dot. Nature. 442 (7104), 766-771 (2006).
  16. Foletti, S., Bluhm, H., Mahalu, D., Umansky, V., Yakobi, A. Universal Quantum Control of Two-Electron Spin Quantum Bits Using Dynamic Nuclear Polarization. Nat. Phys. 5 (12), 903-908 (2009).
  17. Petta, J. R., Lu, H., Gossard, A. C. A Coherent Beam Splitter for Electronic Spin States. Science. 327 (5966), 669-672 (2010).
  18. Shulman, M. D., Dial, O. E., Harvey, S. P., Bluhm, H., Umansky, V., Yacoby, A. Demonstration of Entanglement of Electrostatically Coupled Singlet-Triplet Qubits. Science. 336 (6078), 202-205 (2012).
  19. Khaetskii, A. V., Loss, D., Glazman, L. Electron Spin Decoherence in Quantum Dots Due to Interaction with Nuclei. Phys. Rev. Lett. 88 (18), 186802(2002).
  20. Sakr, M. R., Jiang, H. W., Yablonovitch, E., Croke, E. T. Fabrication and characterization of electrostatic Si/SiGe Quantum Dots with an Integrated Read-Out Channel. Appl. Phys. Lett. 87 (22), 223104(2005).
  21. Liu, X. L., Hug, D., Vandersypen, L. M. K. Gate-Defined Graphene Double Quantum Dot and Excited State Spectroscopy. Nano Lett. 10 (5), 1623-1627 (2010).
  22. Frey, T., Leek, P. J., Beck, M., Blais, A., Ihn, T., Ensslin, K., Wallraff, A. Dipole Coupling of a Double Quantum Dot to a Microwave Resonator. Phys. Rev. Lett. 108, 046807(2012).
  23. Pioro-Ladrière, M., Tokyra, Y., Obata, T., Kubo, T., Tarucha, S. Micromagnets for coherent control of spin-charge qubit in lateral quantum dots. Appl. Phys. Lett. 90 (2), 024105(2007).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

النقاط الكمومية المحددة بالبواباتركيزة GaAs/AlGaAsالليثوغرافيا بالشعاع الإلكترونيعملية الليثوغرافيا الضوئيةالتلدين الحراري السريعتصنيع التلامس الأوميإجراء حفر الميزاترسيب وسادات الترابطالتوصيف في درجات الحرارة المنخفضةقياس مخطط الاستقرار
النانوية من بوابة المعرفة الغاليوم / AlGaAs الجانبي نقاط الكم
تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.