Name: Nanofabrication de la porte définis-GaAs / AlGaAs latéraux Quantum Dots (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-11-01T19:15:00.000+00:00
Duration: 15 min 47 s
Description: Découvrez la nanofabrication de points quantiques latéraux définis par grille sur hétérostructures GaAs/AlGaAs. Cette méthode permet d'atteindre le régime de l'électron unique pour le calcul quantique.

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Les auteurs remercient Michael Lacerte pour le support technique. MP-L. reconnaît l&#39;Institut canadien de recherches avancées (ICRA), en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), la Fondation canadienne pour l&#39;innovation (FCI) et le Fonds de Recherche Québec - Nature et technologies (FRQNT) pour leur soutien financier. Le dispositif présenté ici a été fabriqué à CRN2 et IMDQ installations, financées en partie par NanoQuébec. Les GaAs / AlGaAs substrat a été fabriqué par ZR Wasilewski de l&#39;Institut des sciences des microstructures au Conseil national de recherches Canada. JCL et CB-O. reconnaître CRSNG et FRQNT d&#39;un soutien financier.

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<li>Elzerman, J. M., Hanson, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Few-Electron+Quantum+Dot+Circuit+with+Integrated+Charge+Read+Out%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Few-Electron Quantum Dot Circuit with Integrated Charge Read Out.</a> Phys. Rev. B. 67 (16), 161308(2003).</li>
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<li>Hanson, R., Kouwenhoven, L. P., Petta, J. R., Tarucha, S., Vandersypen, L. M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spins+in+Few-Electron+Quantum+Dots%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Mod.+Phys%22%5BJournal%5D)">Spins in Few-Electron Quantum Dots.</a> Rev. Mod. Phys. 79 (4), 1217-1265 (2007).</li>
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<li>Koppens, F. H. L., Buizert, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Driven+Coherent+Oscillations+of+a+Single+Electron+Spin+in+a+Quantum+Dot%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Driven Coherent Oscillations of a Single Electron Spin in a Quantum Dot.</a> Nature. 442 (7104), 766-771 (2006).</li>
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<li>Petta, J. R., Lu, H., Gossard, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Coherent+Beam+Splitter+for+Electronic+Spin+States%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">A Coherent Beam Splitter for Electronic Spin States.</a> Science. 327 (5966), 669-672 (2010).</li>
<li>Shulman, M. D., Dial, O. E., Harvey, S. P., Bluhm, H., Umansky, V., Yacoby, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Demonstration+of+Entanglement+of+Electrostatically+Coupled+Singlet-Triplet+Qubits%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Demonstration of Entanglement of Electrostatically Coupled Singlet-Triplet Qubits.</a> Science. 336 (6078), 202-205 (2012).</li>
<li>Khaetskii, A. V., Loss, D., Glazman, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron+Spin+Decoherence+in+Quantum+Dots+Due+to+Interaction+with+Nuclei%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Electron Spin Decoherence in Quantum Dots Due to Interaction with Nuclei.</a> Phys. Rev. Lett. 88 (18), 186802(2002).</li>
<li>Sakr, M. R., Jiang, H. W., Yablonovitch, E., Croke, E. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+characterization+of+electrostatic+Si%2FSiGe+Quantum+Dots+with+an+Integrated+Read-Out+Channel%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Fabrication and characterization of electrostatic Si/SiGe Quantum Dots with an Integrated Read-Out Channel.</a> Appl. Phys. Lett. 87 (22), 223104(2005).</li>
<li>Liu, X. L., Hug, D., Vandersypen, L. M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gate-Defined+Graphene+Double+Quantum+Dot+and+Excited+State+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Gate-Defined Graphene Double Quantum Dot and Excited State Spectroscopy.</a> Nano Lett. 10 (5), 1623-1627 (2010).</li>
<li>Frey, T., Leek, P. J., Beck, M., Blais, A., Ihn, T., Ensslin, K., Wallraff, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dipole+Coupling+of+a+Double+Quantum+Dot+to+a+Microwave+Resonator%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Dipole Coupling of a Double Quantum Dot to a Microwave Resonator.</a> Phys. Rev. Lett. 108, 046807(2012).</li>
<li>Pioro-Ladrière, M., Tokyra, Y., Obata, T., Kubo, T., Tarucha, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micromagnets+for+coherent+control+of+spin-charge+qubit+in+lateral+quantum+dots%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Micromagnets for coherent control of spin-charge qubit in lateral quantum dots.</a> Appl. Phys. Lett. 90 (2), 024105(2007).</li>
</ol>

Les auteurs n&#39;ont rien à révéler.

Le processus présenté ci-dessus décrit le protocole de fabrication d&#39;un double point quantique capable d&#39;atteindre le régime quelques électrons. Toutefois, les paramètres indiqués peuvent varier selon le modèle et l&#39;étalonnage de l&#39;équipement utilisé. Par conséquent, les paramètres tels que les doses pour les expositions durant les étapes e-beam et photolithographie devront être étalonné avant la fabrication de dispositifs. Le processus peut facilement être adapté à la fabrication de porte-défini points ...

Quantum sciences de l&#39;information a attiré beaucoup d&#39;attention depuis qu&#39;il a été montré que les algorithmes quantiques peuvent être utilisés pour résoudre certains problèmes de façon exponentielle plus rapide qu&#39;avec les meilleurs algorithmes classiques connus 1. Un candidat évident pour un bit quantique (qubit) est le spin de l&#39;électron unique confiné dans une boîte quantique, car il s&#39;agit d&#39;un système à deux niveaux. De nombreuses architectures ont été proposées pour la mise en œuvre des points quantiques, y compris les semi-conducteurs nanofils 2, nanotubes de carbone 3, les points quantiques auto-assemblées 4 et 5 semi-conducteurs verticaux et les points quantiques latéraux 6. Points quantiques latéraux porte-définies dans GaAs / AlGaAs hétérostructures ont eu beaucoup de succès en raison de leur polyvalence et de leur processus de fabrication est au centre du présent document. Dans les boîtes quantiques latéraux, le confinement des électrons dans la direction perpendiculaire à la surface de l&#39;échantillon (direction z) is obtenu en choisissant le substrat approprié. La modulation hétérostructure GaAs dopé / AlGaAs présente un gaz d&#39;électrons bidimensionnel (2 DEG) confiné à l&#39;interface entre les AlGaAs et les couches de GaAs. Ces échantillons sont cultivés par épitaxie par jets moléculaires pour obtenir une faible densité d&#39;impuretés qui, combinée à la technique de modulation-dopage, conduit à une forte mobilité des électrons dans le 2DEG. Un schéma des différentes couches de l&#39;hétérostructure ainsi que sa structure de bande sont présentés dans la figure 1. Une grande mobilité électronique est nécessaire dans le 2DEG pour assurer la cohérence des états électroniques sur toute la surface de la boîte quantique. Le substrat utilisé pour le processus de fabrication décrit ci-dessous a été acheté par le Conseil national de recherches du Canada et présente une densité d&#39;électrons de 2,2 x 10 11 cm -2 et une mobilité des électrons de 1,69 x 10 6 cm 2 / Vsec. Le confinement des électrons dans les directions Parallel à la surface de l&#39;échantillon est obtenue en plaçant des électrodes métalliques sur la surface du substrat. Lorsque ces électrodes sont déposées sur la surface de l&#39;échantillon de GaAs, les barrières de Schottky sont formées 7. Tensions négatives appliquées à ces électrodes conduisent à des obstacles locaux dans le 2DEG dessous de laquelle seuls les électrons avec une énergie suffisante peut traverser. L&#39;appauvrissement de la 2DEG se produit lorsque la tension appliquée est assez négatif qu&#39;aucun électrons ont assez d&#39;énergie pour franchir la barrière. Par conséquent, en choisissant soigneusement la géométrie des électrodes, il est possible de piéger un petit nombre d&#39;électrons entre les régions appauvries de l&#39;échantillon. Le contrôle du nombre d&#39;électrons sur le point, ainsi que l&#39;énergie à effet tunnel entre le point et la 2DEG dans le reste de l&#39;échantillon peut être obtenue par réglage fin des tensions sur les électrodes. Un schéma des électrodes de grille et le gaz d&#39;électrons appauvri est montré à la figure 2. Le design des structures de grille formant le point se trouve dansinspiré par le design utilisé par Barthel et al. 8 Pour contrôler et consulter les informations concernant le nombre d&#39;électrons sur le point, il est utile pour induire et mesurer le courant à travers la dot. Lecture peut aussi être fait en utilisant un Quantum Point de Contact (QPC), qui exige également un courant à travers le 2DEG. Le contact entre les sources 2DEG et la tension est assurée par les contacts ohmiques. Ce sont des tampons métalliques qui sont diffusés à partir de la surface de l&#39;échantillon tout en bas de la 2DEG l&#39;aide d&#39;un rapide processus de recuit thermique standard 7 (voir figures 3a et 4b). Pour éviter les courts-circuits entre la source et le drain, la surface de l&#39;échantillon est gravée de manière que le 2DEG est épuisée dans certaines régions et le courant est forcé de voyager à travers certains canaux spécifiques (voir les figures 3b et 4a). La région où le 2DEG reste est considéré comme le «Mesa». Les détails du protocole ci-après l&#39;intégralité du processus de fabrication d&#39;un porte-défini de points quantiques latéraux sur un substrat de GaAs / AlGaAs. Le processus est évolutif, car il reste le même, peu importe si le dispositif est fabriqué est un simple, double, triple ou quantum dot ou même un réseau de points quantiques. Manipulation, la mesure, et les résultats de doubles points quantiques fabriqués en utilisant cette méthode sont décrits dans d&#39;autres sections.

<table><tbody><tr><td>Acétone - CH3COCH3</td><td>Anachemia</td><td>AC-0150</td><td>67-64-1</td></tr><tr><td>Alcool isopropylique (IPA) - (CH3)2CHOH</td><td>Anachemia</td><td>AC-7830</td><td>67-63-0</td></tr><tr><td>1165 Remover</td><td>MicroChem Corp</td><td>G050200</td><td>872-50-4</td></tr><tr><td>Microposit MF-319 Développeur</td><td>Shipley</td><td>38460</td><td>75-59-2</td></tr><tr><td>Acide sulfurique - H2SO4</td><td>Anachemia</td><td>AC-8750</td><td>766-93-9</td></tr><tr><td>Peroxyde d’hydrogène (30 %) - H2O2</td><td>Fisher Scientific</td><td></td><td>7722-84-1</td></tr><tr><td>LOR 5A Résistance au soulèvement</td><td>MicroChem Corp</td><td>G516608</td><td>120-92-3</td></tr><tr><td>Microposit S1813 Photo Resist</td><td>Shipley</td><td>41280</td><td>108-65-6</td></tr><tr><td>Microposit S1818 Photo Resist</td><td>Shipley</td><td>41340</td><td>108-65-6</td></tr><tr><td>PMMA LMW 4 % dans l’anisole</td><td>MicroChem Corp</td><td></td><td>100-66-3, 9011-14-7</td></tr><tr><td>PMMA HMW 2 % dans l’anisole</td><td>MicroChem Corp</td><td></td><td>100-66-3, 9011-14-7</td></tr><tr><td>GaAs/AlGaAs wafer</td><td>Conseil national de recherches du Canada</td><td>Voir la structure détaillée des couches dans Figure 1.</td><td></td></tr><tr><td>Ni (99.0 %)</td><td>Anachemie</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ge (99.999 %)</td><td>CERAC inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Au (99.999 %)</td><td>Kamis inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ti (99,995 %)</td><td>Kurt J Lesker</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Al</td><td>Kamis inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Argent Époxy</td><td>Technologie Époxy</td><td>H20E</td><td></td></tr></tbody></table>

nanofabrication de la porte définis-gaas / algaas latéraux quantum dots

Nanofabrication of Gate-defined GaAs/AlGaAs Lateral Quantum Dots

Un ordinateur quantique est un ordinateur composé de bits quantiques (qubits) qui tire profit des effets quantiques, comme superposition d&#39;états et l&#39;intrication, de résoudre certains problèmes de façon exponentielle plus rapide qu&#39;avec les meilleurs algorithmes connus sur un ordinateur classique. Porte-défini points quantiques latéraux sur GaAs / AlGaAs sont l&#39;une des nombreuses pistes explorées pour la mise en œuvre d&#39;un qubit. Lorsqu&#39;il est correctement fabriqué, un tel dispositif est capable de piéger un petit nombre d&#39;électrons dans une certaine région de l&#39;espace. Les états de spin de ces électrons peuvent alors être utilisés pour mettre en œuvre la logique 0 et 1 du bit quantique. Compte tenu de l&#39;échelle nanométrique de ces quantum dots, les installations salles blanches offrant des équipements, tels spécialisé comme microscopes électroniques à balayage et par faisceau d&#39;électrons évaporateurs sont nécessaires à leur fabrication. Un grand soin doit être pris tout au long du processus de fabrication pour maintenir la propreté de la surface de l&#39;échantillon et pour éviter d&#39;endommager les portes fragiles de la structure. Ce papierprésente le protocole de fabrication détaillés de la porte définis par les points quantiques latéraux de la plaquette à un dispositif de travail. Méthodes de caractérisation et les résultats représentatifs sont également brièvement discuté. Bien que ce document se concentre sur les doubles points quantiques, le processus de fabrication reste le même pour les points uniques ou triple ou même les tableaux de points quantiques. Par ailleurs, le protocole peut être adapté pour la fabrication de points quantiques latéraux sur d&#39;autres substrats, tels que Si / SiGe.

L&#39;une des étapes cruciales du processus décrit ci-dessus est la gravure de la mesa (étape 1). Il est important de suffisamment de gravure pour enlever le dessous 2DEG tout en évitant de sur-gravure. Par conséquent, il est recommandé d&#39;utiliser un échantillon de GaAs factice essentiel de tester la solution de gravure avant d&#39;effectuer la gravure sur les GaAs / AlGaAs échantillon. La vitesse de gravure du GaAs / AlGaAs est plus grande que celle de GaAs, mais la gravure du mannequin peut donner une indication p...

Cet article présente un protocole de fabrication détaillé pour porte-définies semi-conducteurs latéraux points quantiques sur des hétérostructures d&#39;arséniure de gallium. Ces dispositifs nanométriques sont utilisés pour piéger quelques électrons pour être utilisé comme bits quantiques dans le traitement quantique de l&#39;information ou pour d&#39;autres expériences mésoscopiques telles que les mesures de conductance cohérentes.

Nanofabrication de la porte définis-GaAs / AlGaAs latéraux Quantum Dots

A quantum computer is a computer composed of quantum bits (qubits) that takes advantage of quantum effects, such as superposition of states and ...

L'objectif général de cette procédure est de fabriquer des points quantiques latéraux capables d'atteindre le régime de l'électron unique. Cela est réalisé en choisissant d'abord un substrat approprié et en gravant un mesa afin de délimiter une région de l'échantillon où le gaz d'électrons bidimensionnel sera présent. La deuxième étape consiste à fabriquer des contacts ohmiques en utilisant des procédés de photolithographie et d'annélage thermique rapide.Ensuite, les électrodes et les grilles définissant le point quantique sont fabriquées par lithographie au faisceau d'électrons. La dernière étape consiste à fabriquer les plots de connexion ainsi que les pistes plus larges à l'aide de la photolithographie. Enfin, des diagrammes de stabilité sont mesurés à basse température afin de démontrer que le régime du faible nombre d'électrons peut être atteint.L'avantage principal de ce dispositif par rapport aux qubits à spin existants, tels que les points quantiques verticaux, est que les propriétés des points quantiques latéraux sont accordables. Bien que ce protocole soit utilisé pour fabriquer des points quantiques latéraux sur des hétérostructures d'aluminum gallium maronite et de gallium maronite, il peut également être facilement adapté pour fabriquer des dispositifs sur d'autres substrats, tels que le silicium et le silicium-germanium.Commencez avec un substrat de modulation, dopé, en arséniure de gallium aluminium, arséniure de gallium, hétérostructure dont on aura préalablement éliminé les traces de résine et de composés organiques. Cet échantillon, carré aux côtés légèrement plus longs qu’un centimètre, permettra de loger 20 dispositifs identiques fabriqués. Nettoyez l’échantillon deux fois dans un bain ultrasonique à faible puissance avec de l’acétone pendant cinq minutes.Ensuite, nettoyez-le dans un bain ultrasonique avec de l'alcool isopropylique pendant cinq minutes supplémentaires. Séchez l'échantillon à l'air azoté à l'aide d'un pistolet à azote comprimé. Puis, faites cuire l'échantillon dans une étuve à 125 degrés Celsius pendant au moins 15 minutes afin de déshydrater la surface ; après la déshydratation, laissez l'échantillon refroidir à température ambiante, puis appliquez une rotation avec la résine photosensible Shipley S 1818 à 3 500 tr/min pendant 30 secondes.Ensuite, faire cuire l'échantillon sur une plaque chauffante à 115 degrés Celsius pendant 60 secondes. Lors de la rotation du résine, un bourrelet périphérique s'est formé sur les contours de l'échantillon. Un procédé de photolithographie est utilisé pour éliminer ce bourrelet périphérique et permettre un meilleur contact entre le masque et la surface de l'échantillon.Pendant le développement, seul le résine exposée sur le bord de l'échantillon est éliminée, laissant une surface de résine parfaitement plane au centre. Procédez ensuite en utilisant un aligneur de masque photolithographique pour positionner un masque de bord constitué d'un carré de chrome d'un centimètre sur un centimètre sur une plaque de verre. Exposez la résine située sur le bord extérieur de l'échantillon à la lumière UV pendant 10 secondes.Dans ce dispositif, la lumière UV a une longueur d'onde de 436 nanomètres et une puissance de 15 milliwatts par centimètre carré. Étant donné que les équipements peuvent varier, l'exposition doit être ajustée afin d'obtenir des motifs bien définis. Révélez la résine exposée sur l'échantillon en immergeant celui-ci dans le révélateur MF 319 pendant deux minutes et 10 secondes, tout en agitant doucement. Rincez ensuite l'échantillon à l'eau pendant 15 secondes et séchez-le avec de l'azote comprimé. Une fois la bordure de dépôt éliminée, poursuivez en utilisant l'aligneur de masque par photolithographie, désormais en conjonction avec le masque de mesa, qui permettra de définir la région du gaz d'électrons bidimensionnel.Exposer l'échantillon à la lumière UV pendant sept secondes. Ensuite, révéler le résine exposée en l'immergeant dans le révélateur pendant deux minutes et 10 secondes. Rincer à l'eau pendant 15 secondes, puis le sécher à l'air comprimé d'azote.La résine restante sur l'échantillon présente désormais la forme de la mesa. Éliminez toutes les traces de résine présentes dans la zone précédemment exposée en plaçant l'échantillon dans un incinérateur à plasma avec un plasma d'oxygène pendant une minute à 75 watts. Préparez ensuite une solution de gravure composée d'eau, de peroxyde d'hydrogène et d'acide sulfurique dans un rapport de 55 à 1 à 5.Laisser reposer la solution pendant 20 minutes avant de poursuivre. Il est nécessaire de graver la surface de l'échantillon au-delà de la couche de points de silicium, presque jusqu’au gaz d’électrons bidimensionnel, afin de s’assurer qu’il n’y ait plus de gaz bidimensionnel dans la région gravée. Pour ce faire, plonger l’échantillon dans la solution acide pendant cinq à dix secondes, puis le rincer immédiatement à l’eau pendant 30 secondes.Pour arrêter la réaction, mesurez la profondeur de gravure à l’aide d’un profilomètre. Après chaque immersion, effectuez plusieurs immersions de cinq à dix secondes suivies de mesures de profondeur, jusqu’à atteinte de la profondeur de gravure souhaitée. Pour ce substrat, une immersion totale de 34 secondes conduit à une profondeur de gravure de 90 à 100 nanomètres.Retirer la résine en immergeant l'échantillon dans du révélateur 1165 à 65 degrés Celsius pendant trois heures. Rincer l'échantillon dans l'acétone pendant cinq minutes, puis dans de l'alcool isopropylique pendant cinq minutes supplémentaires. Voici un dispositif à ce stade du protocole pour ajouter des contacts omiques à l'échantillon à l'aide d'une couche mince par spin-coating sur une mesa, une couche de LOR 5 A, puis du S 1813, et retirer le bourrelet sur le bord.Ensuite, utilisez l'aligneur de masque par photolithographie avec le masque de contact omic pour aligner les motifs des contacts omic sur la mesa gravée exposée à la lumière UV pendant six secondes. Réalisez le développement, rincez et séchez l'échantillon. Puis, utilisez un plasma d'oxygène pour éliminer tout résidu de résine photosensible présent dans la zone exposée.Préparez une solution d'acide sulfurique et d'eau dans un rapport de un à cinq. Éliminez l'oxyde natif de l'arséniure de gallium en immergeant l'échantillon dans la solution pendant 30 secondes. Rincez ensuite à l'eau pendant 30 secondes, puis séchez par soufflage à l'azote comprimé le plus rapidement possible.Placer l'échantillon dans un dépôt d'évaporateur à faisceau d'électrons. Déposer 25 nanomètres de nickel, 56 nanomètres de germanium et 80 nanomètres d'or. L'avantage de l'utilisation d'une double couche de résine devient évident à cette étape, lorsque l'échantillon exposé est placé dans le révélateur.La couche inférieure du LOR five A se dissout plus rapidement que la couche supérieure du S 1813, créant un sous-coupage lorsque le métal est déposé sur toute la surface de l'échantillon. Ce profil dans la résine empêche la formation de parois métalliques aux bords des formes métalliques. Le sous-coupage permet également d'éliminer facilement le métal déposé sur le dessus de la résine.Pour éliminer le métal indésirable, dissoudre la résine en immergeant l'échantillon dans un solvant de résine à 65 degrés Celsius pendant trois heures. Pour aider à détacher le métal indésirable, utiliser une pipette pour pulvériser délicatement la surface de l'échantillon avec du solvant tiède. Rincer l'échantillon dans l'acétone, puis dans l'alcool isopropylique pendant cinq minutes chacun. Diffuser le métal déposé jusqu'au gaz d'électrons bidimensionnel à l'aide d'un procédé de recuit thermique rapide dans un gaz formeur. Pendant ce recuit thermique rapide, l'or déposé à la surface de l'échantillon diffuse dans le substrat d'arséniure de gallium et d'arséniure d'aluminium gallium à travers un certain nombre de canaux.Ces canaux métalliques assureront la continuité électrique entre le gaz d'électrons bidimensionnel et les plots de contact qui seront déposés à la surface de l'échantillon lors des étapes ultérieures. Un dispositif après l'étape de recuit est montré ici. La fabrication des pistes conductrices en titane-or commence par la préparation de l'échantillon de manière à ce qu'il présente une couche de résine PMMA à haut poids moléculaire déposée sur une couche de résine PMMA à bas poids moléculaire.Les pistes sont réalisées à l'aide d'un microscope électronique à balayage équipé pour la lithographie par faisceau d'électrons. Placer l'échantillon dans le microscope électronique à balayage, régler les paramètres du microscope tels que la mise au point et l'astigmatisme, et mesurer le courant du faisceau à l'aide d'une cupule de Faraday. Disposer d'un fichier CAO préalablement préparé contenant le motif des pistes qui seront exposées par le microscope.Alignez le faisceau avec les contacts omiques et réglez le grossissement à 300 fois ; le microscope électronique à balayage est programmé pour exposer les zones souhaitées en exposant un réseau de points à l'intérieur. Une dose surfacique de 43 micro kula par centimètre carré est choisie afin d'obtenir des motifs nets aux dimensions souhaitées. Préparez une solution composée de neuf parties d'alcool isopropylique pour une partie d'eau à une température de 20 degrés Celsius.Développer la résine en immergeant l'échantillon dans la solution pendant 30 secondes. Rincer à l'eau pendant 30 secondes et sécher à l'air comprimé d'azote. Pour éliminer toute trace de résine des motifs exposés, placer l'échantillon dans un plasma d'oxygène pendant quatre secondes.À 50 watts, éliminer l'oxyde natif d'arséniure de gallium et d'arséniure d'aluminium et de gallium en immergeant l'échantillon dans une solution d'acide sulfurique. Ensuite, transférer l'échantillon dans un évaporateur par faisceau d'électrons et déposer 10 nanomètres de titane ainsi que 20 nanomètres d'or. Puis, placer l'échantillon dans un solvant de retrait à 65 degrés Celsius afin d'éliminer la résine résiduelle et l'excès de métal.Un dispositif à ce stade est montré ici. Les pistes conductrices en aluminium et les grilles définissant le point quantique sont fabriquées à l’aide du même procédé utilisé pour la fabrication des pistes conductrices en titane-or. Une fois ces éléments en place, n’utilisez pas le bain ultrasonique pour nettoyer l’échantillon, car cela pourrait endommager les grilles d’aluminium finales.Pour fabriquer les plots de connexion, préparez l'échantillon avec une couche de résine LOR five A suivie de la résine S 1813. Ensuite, éliminez le bourrelet de bord à l’aide d’un aligneur de masque photolithographique avec le masque de clés de contact.Alignez les motifs des plots de connexion avec les structures précédemment fabriquées exposées pendant six secondes. Après le développement des motifs exposés, placez l'échantillon dans un évaporateur par faisceau d'électrons et déposez 30 nanomètres de titane et 350 nanomètres d'or. Une fois le métal excédentaire éliminé et l'échantillon rincé, un dispositif doit se présenter comme illustré ici.La dernière étape du protocole consiste à découper l'échantillon afin de séparer les dispositifs individuels. Appliquer la résine Spinco S 1818 sur la surface de l'échantillon à faible vitesse. Cette couche épaisse de résine protégera les structures fabriquées pendant le découpage.Placez une couche de ruban de découpe sur les faces supérieure et inférieure de l'échantillon. Ensuite, placez l'échantillon dans l'ER ; une fois l'échantillon découpé, plongez-le dans l'acétone pendant quelques minutes afin d'éliminer le ruban de découpe et la résine protectrice, rincez les dispositifs individuels à l'alcool isopropylique et séchez-les délicatement à l'air comprimé d'azote. Les 20 dispositifs finaux obtenus sont présentés ici à côté d'un substrat initial en arséniure de gallium.L'échantillon est désormais prêt à être monté et fixé sur un support d'échantillon. Une fois cette opération terminée, placer l'échantillon dans un cryostat à hélium pour une caractérisation à basse température. Un test simple de l'intégrité du dispositif peut être effectué en appliquant une tension entre deux contacts omiques et en mesurant le courant traversant l'échantillon en fonction de la tension appliquée sur une paire de grilles. Illustré.Voici un exemple de telles mesures effectuées à 1,4 kelvin avec une tension de polarisation de 500 microvolts entre la source et le drain. La signification des libellés de marche est indiquée à droite : l'appauvrissement des pistes larges de 200 nanomètres est observé vers moins 300 millivolts. L'appauvrissement des grilles de 60 nanomètres est complet vers moins 750 millivolts.Les paliers observés à des tensions plus faibles correspondent à la quantification de la conductance. Les valeurs typiques des points de blocage entre paires de grilles varient entre moins 500 millivolts et moins deux volts. Dans cet échantillon, les grilles sont probablement similaires sur le plan géométrique, puisque les paires grille centrale supérieure avec grille gauche supérieure, et grille centrale supérieure avec grille droite supérieure, bloquent le courant à des tensions approximativement égales.Il en va de même pour les paires haut-centre avec bas-gauche et haut-centre avec bas-droite. Toutefois, le fait que le courant circule encore entre les grilles haut-centre et bas-centre à haute tension indique que la grille bas-centre est soit cassée, soit absente. Habituellement, environ 50 % des dispositifs testés possèdent des grilles entièrement fonctionnelles et des contacts OMI. Une fois qu'un dispositif entièrement fonctionnel a été trouvé, mesurer un diagramme de stabilité afin de confirmer que le régime sans électron peut être atteint. Sur ce diagramme, les nombres situés à gauche et à droite entre parenthèses indiquent respectivement le nombre d'électrons dans les points quantiques gauche et droit, pour différentes valeurs de tension appliquées aux grilles inférieures gauche et droite. Les lignes vertes servent à délimiter les régions où le nombre d'électrons est constant.L'échelle de couleurs représente le flux de courant à travers le. à différentes tensions de grille. Après son développement, en suivant cette procédure, des micromagnets peuvent être ajoutés au-dessus du dispositif afin de permettre une manipulation ultra-rapide du spin de l'électron à l'aide d'impulsions micro-ondes.Cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de l'informatique quantique expérimentale pour explorer l'interaction entre plusieurs électrons et points quantiques doubles.

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