Dieser Beitrag stellt eine detaillierte Fertigung Protokoll für Gate-Halbleiter definierten seitlichen Quantenpunkte auf Galliumarsenid Heterostrukturen. Diese nanoskaligen Geräte werden verwendet, um einige Elektronen für die Verwendung als Quantenbits in Quanten-Informationsverarbeitung oder für andere mesoskopischen Experimente wie kohärente Leitwertmessungen abzufangen.
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Methodenartikel
Nanofabrication von Tor-definiert GaAs / AlGaAs Lateral Quantum Dots
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Ein Quantencomputer ist ein Computer von Quantenbits (Qubits), die ausnutzt Quanteneffekte wie Superposition und Verschränkung Staaten, um bestimmte Probleme zu lösen exponentiell schneller als die besten bekannten Algorithmen auf einem klassischen Computer zusammengesetzt. Gate-definierten seitlichen Quantenpunkte auf GaAs / AlGaAs sind eine von vielen Möglichkeiten zur Durchführung eines Qubits untersucht. Wenn sie richtig hergestellt ist, ist eine solche Vorrichtung in der Lage, eine kleine Anzahl von Elektronen in einem bestimmten Raumbereich abzufangen. Die Spin-Zustände dieser Elektronen können dann verwendet werden, um die logische 0 und 1 des Quanten-Bit realisieren. Angesichts der Nanometerskala dieser Quantenpunkte mit Reinraum-Spezialausrüstung wie Rasterelektronenmikroskope und e-beam-Verdampfer sind für ihre Herstellung erforderlich. Große Sorgfalt muss während des gesamten Herstellungsprozesses getroffen werden, um Sauberkeit der Probenoberfläche zu erhalten und damit eine Beschädigung der empfindlichen Toren der Struktur. Dieses Papierstellt die detaillierte Herstellung von Gate-Protokoll definierten seitlichen Quantenpunkte aus dem Wafer zu einer Arbeitsvorrichtung. Charakterisierung Methoden und repräsentative Ergebnisse sind ebenfalls kurz diskutiert. Obwohl dieses Papier konzentriert sich auf Doppel-Quantenpunkte, bleibt der Herstellungsprozess die gleichen für Einzel-oder Dreifach-Punkte oder sogar Arrays von Quantenpunkten. Darüber hinaus kann das Protokoll angepasst ist, um eine seitliche Quantenpunkte auf anderen Substraten, wie z. B. Si / SiGe herzustellen.
Einleitung
Quantum Informatik hat eine Menge Aufmerksamkeit auf sich gezogen, seitdem es wurde gezeigt, dass Quanten-Algorithmen verwendet werden, um bestimmte Probleme exponentiell schneller als mit den besten bekannten klassischen Algorithmen 1 lösen. Ein offensichtlicher Kandidat für einen Quanten-Bit (Qubit) ist der Spin der einzelnen Elektronen in einem Quantenpunkt beschränkt, da es ein Zwei-Niveau-System ist. Zahlreiche Architekturen für die Durchführung von Quantenpunkten, einschließlich Halbleiter-Nanodrähte 2, 3 Kohlenstoff-Nanoröhren, selbstorganisierten Quantenpunkte 4 und 5 Halbleiter vertikalen und lateralen Quantenpunkt....
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Protokoll
Das Herstellungsverfahren wird nachfolgend beschrieben auf einem GaAs / AlGaAs Substrat mit den Abmessungen 1,04 x 1,04 cm durchgeführt. Zwanzig identische Geräte auf einem Substrat in dieser Größenordnung hergestellt werden. Alle Schritte des Verfahrens werden in einem Reinraum durchgeführt und geeignete Schutzausrüstung muss jederzeit verwendet werden. Entionisiertes Wasser wird während des gesamten Prozesses, wird aber der Einfachheit halber als "Wasser" in der untenstehenden Protokoll bezeichnet.
1. Ätzen der Mesa
Das Ergebnis dieser Herstellungsschritt ist in 4a gezeigt.
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Ergebnisse
Einer der kritischen Schritte in dem oben beschriebenen Verfahren ist das Ätzen der Mesa (Schritt 1). Es ist wichtig, zu ätzen genug, um die 2DEGs unten zu entfernen, während die Vermeidung Überätzen. Daher empfiehlt es sich, einen Großteil GaAs Dummy Probe verwenden, um die Ätzlösung vor der Durchführung der Ätzung auf der GaAs / AlGaAs Probe testen. Die Ätzrate der GaAs / AlGaAs-Heterostruktur größer ist als die von GaAs, aber das Ätzen des Dummy einen Hinweis, ob der Lösung ist mehr oder weniger reaktiv als üblich un.......
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Diskussion
Die oben vorgestellten Verfahren beschreibt die Herstellung Protokoll einer doppelten Quantenpunkt in der Lage, die wenigen Elektronen-Regime zu erreichen. Jedoch können die angegebenen Parameter variieren je nach Modell und Kalibrierung der Geräte verwendet. Daher werden Parameter wie die Dosen für Belichtungen während der E-Strahl und Photolithographieschritte müssen vor der Herstellung von Vorrichtungen kalibriert werden. Das Verfahren kann leicht auf die Herstellung angepasst werden Gate-definierte Quantenpunkte auf.......
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Offenlegungen
Autoren haben nichts zu offenbaren.
Danksagungen
Die Autoren danken Michael Lacerte für technische Unterstützung. MP-L. erkennt die Canadian Institute for Advanced Research (CIFAR), dem Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), der kanadischen Stiftung für Innovation (CFI) und Fonds de Recherche Québec - Nature et Technologies (FRQNT) für finanzielle Unterstützung. Die hier vorgestellte wurde bei CRN2 und IMDQ Einrichtungen, zum Teil durch NanoQuébec finanziert hergestellt. Die GaAs / AlGaAs Substrat wurde durch ZR Wasilewski vom Institut für Mikrostrukturphysik Wissenschaften an der National Research Council Canada hergestellt. JCL und CB-O. anerkennen und CRSNG FRQNT für finanzielle Unt....
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Aceton - CH3COCH3 | Anachemia | AC-0150 | 67-64-1 |
| Isopropylalkohol (IPA) - (CH3)2CHOH | Anachemia | AC-7830 | 67-63-0 |
| 1165 Entferner | MicroChem Corp | G050200 | 872-50-4 |
| Microposit MF-319 Entwickler | Shipley | 38460 | 75-59-2 |
| Schwefelsäure - H2SO4 | Anachämie | AC-8750 | 766-93-9 |
| Wasserstoffperoxid (30%) - H2O2 | Fisher Scientific | 7722-84-1 | |
| LOR 5A Lift-off-Resist | MicroChem Corp | G516608 | 120-92-3 |
| Microposit S1813 Fotolack | Shipley | 41280 | 108-65-6 |
| Microposit S1818 Photo Resist | Shipley | 41340 | 108-65-6 |
| PMMA LMW 4% in Anisol | MicroChem Corp | 100-66-3, 9011-14-7 | |
| PMMA HMW 2% in Anisol | MicroChem Corp | 100-66-3, 9011-14-7 | |
| GaAs/AlGaAs-Wafer | National Research Council Canada | Siehe detaillierte Schichtstruktur in Abbildung 1. | |
| Ni (99,0 %) | Anachämie | ||
| Ge (99,999 %) | CERAC inc. | ||
| Au (99.999%) | Kamis inc. | ||
| Ti (99,995%) | Kurt J Lesker | ||
| Al | Kamis inc. | ||
| Silber Epoxid | Epoxid Technologie | H20E |
Referenzen
- 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).
- Björk, M. T., Thelander, C., et al. Few-Electron Quantum Dots in Nanowires. Nano Lett. 4
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Nachdrucke und Genehmigungen
