Name: Silicium métal-oxyde-semiconducteur Quantum Dots pour le pompage mono-électronique (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-06-03T15:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 58 s
Description: Découvrez la fabrication de points quantiques silicium MOS pour le pompage mono-électronique. Cette méthode permet un contrôle précis du transfert d'électrons et ouvre la voie à une redéfinition de l'ampère.

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Nous remercions KY Tan, P.-Siège et GC Tettamanzi pour des discussions utiles. Nous reconnaissons l&#39;appui financier du Conseil australien de la recherche (subvention n ° DP120104710), l&#39;Académie de Finlande (Grant No. 251748, 135794, 272806) et le soutien de l&#39;installation de fabrication nationale australienne pour la fabrication de dispositifs. AR reconnaît le soutien financier du régime de subvention du chercheur de l&#39;Université de New South Wales en début de carrière. La fourniture d&#39;installations et de soutien technique par l&#39;Université Aalto à Micronova Centre nanofabrication est également reconnu.

Remarque: Ce protocole décrit les procédures utilisées pour fabriquer, emballer et tester des pompes à électron unique à base de silicium technologie MOS QD. Les étapes décrites dans les sous-sections 1 et 2 sont effectuées dans une salle blanche de ISO5, tandis que ceux de l&#39;article 3 sont effectuées dans les laboratoires de ISO6. Les conditions ambiantes sont contrôlées en permanence. Les valeurs nominales de température et d&#39;humidité sont fixées à 20 ± 1 ° C et 55% ± 5%, respectivement. 1. microfabrication <ol><li> Champ Oxide <ol><li> Nettoyer la plaquette par immersion dans ce qui suit: gravure de piranha (10 min), désionisée (DI) de l&#39;eau (10 min), RCA-deux solutions (DI eau 175 ml, HCl 30 ml, H 2 O 2 30 ml à 100 ° C pendant 10 min), de l&#39;eau désionisée (5 min), fluorhydrique (HF) de l&#39;acide dilué dans l&#39;eau 10: 1 (10 sec), de l&#39;eau déminéralisée (10 min). Utilisez des vêtements de protection lors de la manipulation HF (à savoir, lunettes, tablier PVC, et des gants en PVC). Procédez dans l&#39;ordre indiqué. </li><li> Placer la plaquettedans le four d&#39;oxydation à 900 ° C et d&#39;oxyder dans les étapes comme suit: O 2 sec (10 min), O 2 humide (40 min), O 2 sec (10 min), N 2 (15 min). </li></ol></li><li> Contacts ohmiques <ol><li> Effectuer photolithographie et gravure de l&#39;oxyde. <ol><li> Déposer une couche de promoteur d&#39;adhérence hexaméthyldisilazane (HMDS) quelques nm d&#39;épaisseur sur la surface de la plaquette comme suit: pré-cuire sur une plaque chauffante à 110 ° C pendant 1 min, versez ~ 50 ml de HMDS dans un récipient en verre, placer le bécher et la plaquette dans la chambre à vide, évacuer et d&#39;attendre 2 min. </li><li> Spin une couche 2-4 um d&#39;épaisseur de résine photosensible à la fois sur le dos et les côtés avant de la tranche (3000-5000 rpm, 25-40 sec selon l&#39;épaisseur souhaitée). </li><li> Exposer à la lumière ultra-violette d&#39;alignement de masque (10 mW / cm 2 pour 4-10 sec selon résister épaisseur). Post-cuisson sur une plaque chauffante à 110 ° C pendant 1 min. </li><li> Développer pour 1-2 minutes, puis rincer à l&#39;eau déminéralisée. </li&gt; <li> Effectuer gravure plasma O 2 pendant 20 min (pression = 340 mTorr, puissance incidente = 50 W; la puissance réfléchie &lt;1 W). </li><li> Oxyde gravure dans une solution d&#39;acide HF tamponnée (15: 1, 4-5 min, gravure 20 nm / min de la vitesse à 30 ° C). Rincer à l&#39;eau déminéralisée (5 min). Sécher avec N 2. </li></ol></li><li> Retirer le photorésist par immersion dans de l&#39;acétone. Rincer à l&#39;isopropanol (IPA), puis sécher avec N 2. </li><li> Passer plaquette dans un four à 1000 ° C avec une source de phosphore (N 2 flux de 30 à 45 min en fonction de la densité de dopage désiré). </li><li> Enlever la couche d&#39;oxyde contaminée avec de l&#39;acide HF dilué dans l&#39;eau (10: 1, 3-4 min, 40 nm / min de la vitesse de gravure à 30 ° C), rincer à l&#39;eau déminéralisée (10 min). </li><li> Oxyder comme dans 1.1.2. </li></ol></li><li> Oxyde de grille <ol><li> Répétez les étapes 1.2.1 et 1.2.2. </li><li> Placez plaquette dans un four dédié à 800 ° C et d&#39;oxyder dans les étapes comme suit: O 2 sec (10 min), dichloroethylene + O 2 (20 min), O 2 sec (10 à 30 min en fonction de l&#39;épaisseur désirée d&#39;oxyde), N 2 (15 min). </li></ol></li><li> Contacts ohmiques métallisation <ol><li> Répétez l&#39;étape 1.2.1. </li><li> Placez plaquette dans l&#39;évaporateur à faisceau d&#39;électrons. Évaporer 100 nm de l&#39;aluminium à 0,2-0,5 nm / s et 5 x 10 -6 Torr. </li><li> Faire tremper la plaquette en N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP) sur plaque chauffante à 80 ° C pendant 1 heure pour enlever le métal. Utilisez agitation ultrasonique si nécessaire. Rincer à l&#39;IPA pendant 2 min. Sécher avec N 2. </li><li> Recuit dans la formation de gaz à 400 ° C pendant au moins 15 min. </li></ol></li></ol> 2. nanofabrication <ol><li> Wafer Dicing <ol><li> Spin toute résister sur la plaquette d&#39;agir comme revêtement de protection (type de paramètres de polymères et de filage ne sont pas pertinentes à ce stade). </li><li> Utilisez diamant pointe dicer pour couper la tranche en puces individuelles de ~ 10 x 2 mm 2. </li></ol></li><li>Nettoyage <ol><li> Faire tremper dans la NMP pendant 1 heure sur plaque chauffante à 80 ° C, puis rincer dans de l&#39;IPA pendant 2 min. Sécher avec N 2. </li><li> Effectuer gravure plasma O 2 pendant 5 min (puissance incidente = 50 W; la puissance réfléchie &lt;1 W). </li><li> Spin propre avec de l&#39;acétone et de l&#39;IPA (7500 rpm, 30 sec) </li></ol></li><li> marqueurs d&#39;alignement de motifs <ol><li> Spin polyméthacrylate de méthyle (PMMA 950k) A4 résist (5,000-7,500 rpm, 30 secondes en fonction de l&#39;épaisseur souhaitée). Épaisseur de travail typique ≈ 150-200 nm. Cuire la résine sur une plaque chauffante à 180 ° C pendant 90 sec. </li><li> Effectuer la lithographie par faisceau d&#39;électrons. Utiliser les conditions d&#39;écriture suivantes: l&#39;énergie du faisceau = 30 keV, courant de faisceau de 30 pA, dose de zone ≈ 500-650 uC / cm 2 en fonction de la taille des marqueurs et de résister à l&#39;épaisseur. </li><li> Développer le résister dans une solution de méthylisobutylcétone et de l&#39;IPA (1: 3) pour 40-60 sec, puis rincer dans de l&#39;IPA pendant 20 sec. Sécher avec N 2 pistolet. </li><li> Endroitla puce dans l&#39;évaporateur à faisceau d&#39;électrons. Évaporer 15 nm de Ti et 65 nm de Pt à 0,2-0,4 nm / s et 5 x 10 -6 Torr. </li><li> Soulevez le métal comme à l&#39;étape 1.4.3. </li><li> Clean puce comme dans les étapes 2.2.2-2.2.3. </li></ol></li><li> Porte motifs <ol><li> Spin résister en 2.3.1. </li><li> Effectuer la lithographie par faisceau d&#39;électrons. Utiliser les conditions d&#39;écriture suivantes pour les fonctions à haute résolution: l&#39;énergie du faisceau = 30 keV, courant de faisceau de 30 pA, dose de zone ≈ 500-700 uC / cm 2. Ecrire conditions pour les fonctions à faible résolution: l&#39;énergie du faisceau = 15 keV, courant de faisceau de 10 nA, dose de zone ≈ 400-600 uC / cm 2. </li><li> Développer la réserve comme dans 2.3.3. </li><li> Placez la puce dans l&#39;évaporateur thermique. Al s&#39;évaporer à 0,1-0,4 nm / s et 1-9 x 10 -6 mbar. l&#39;épaisseur de la cible varie en fonction du nombre de couches, comme représenté sur la figure 2B (25-35 nm pour la couche 1, de 45 à 65 nm pour la couche 2, de 75 à 90 nm pour Layer 3). </li><li> Soulevez le métal comme à l&#39;étape 1.4.3. </li><li> Effectuer Al oxydation sur une plaque de cuisson à 150 ° C pendant 5-10 min. </li><li> Clean puce à l&#39;étape 2.2.3. </li><li> Répétez les étapes 2.4.1-2.4.7 deux fois pour réaliser le 3-couche empilement de grille. </li></ol></li></ol> 3. Dispositif d&#39;emballage <ol><li> Chip Dice comme dans l&#39;étape 2.1 </li><li> Rincer les petites puces dans de l&#39;acétone et de l&#39;IPA résultant pendant 2 minutes. </li><li> Collez un morceau individuel à une carte de circuit imprimé (PCB) avec le PMMA A5. Attendre 2 min pour sécher. Sinon, pour améliorer la thermalisation, utilisez époxy d&#39;argent. </li><li> Chargez le PCB sur une colle de coin et de procéder au câblage. </li></ol> 4. Dispositif tests d&#39;intégrité <ol><li> Montez le PCB contenant le dispositif câblé sur une sonde d&#39;immersion. </li><li> Câbler les lignes électriques du PCB à ceux de la sonde d&#39;immersion. </li><li> Insérez la sonde dans un récipient contenant de l&#39;hélium liquide. Procéder lentement pour éviter excessive hélium bhuile-off. </li><li> Pour chaque porte de l&#39;appareil, connectez l&#39;électrode à température ambiante correspondante de la sonde à une unité source de mesure, tout en gardant les autres portes à la terre. Régler le courant de la conformité à quelques nA. Balayer la tension de zéro à 1,5 V par pas de 0,1 V, mesurer et enregistrer le courant. </li><li> Connecter chaque ligne de grille à une source de tension continue variable de batterie, la ligne de source pour le haut-source de tension en courant alternatif d&#39;un amplificateur lock-in, et la conduite d&#39;évacuation à l&#39;orifice de l&#39;amplificateur à verrouillage d&#39;entrée. </li><li> Mesurer la source-drain conductance pour différentes configurations de tension de grille (voir Figure 4). <ol><li> Globalement rampe jusqu&#39;à les tensions appliquées aux portes BL, BR, PL, SL et DL, en gardant C1 et C2 portes à la terre. Notez les caractéristiques de l&#39;appareil «Turn-sur». </li><li> Individuellement rampe en bas de chaque tension de grille et enregistrer les caractéristiques de pinch-off &#39;les portes. </li><li> Régler les tensions de grille pour définir électrostatique d&#39;un qudot antum en réglant les tensions sur BL et BR (PL, SL et DL) plus petit (plus) que le turn-on tensions. Enregistrer les caractéristiques de blocage de Coulomb. </li></ol></li></ol>

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Les auteurs ont rien à révéler.

Le protocole indiqué dans le présent document décrit les techniques pour fabriquer du silicium MOS QDs, ainsi que les procédures expérimentales pour tester leur intégrité fonctionnelle et les gérer comme des pompes à électron unique. Remarquablement, en adaptant la conception de grille, le même processus de fabrication peut être utilisé pour produire des dispositifs appropriés pour la lecture de bit quantique et de contrôle 17, ainsi que de pompage de charge 12,13. Nous notons que la plupart des paramètres du processus cités dans cet article peuvent varier selon les outils de fabrication utilisés (étalonnage, marque ou le modèle), ainsi que sur le type de substrat de silicium (épaisseur et la densité de dopage de fond). Des quantités telles que la dose d&#39;exposition de lithographie ou de temps de développement, de gravure ou de la durée d&#39;oxydation, doivent être soigneusement calibrés et testés pour assurer un rendement fiable. En outre, il est essentiel d&#39;éviter la contamination croisée résultant de l&#39;utilisation des mêmes outils de fabrication des différents processus. A cette fin, un certain nombre de critical étapes sont effectuées avec du matériel exclusivement dédiée au traitement de silicium tels que des évaporateurs de métaux, des fours à oxygène et des bains de HF. Plus généralement, le silicium attire un intérêt croissant en tant que matériau de choix pour réaliser des pompes de charge 18-20. Ceci est partiellement dû à la perspective attrayante de mettre en œuvre une nouvelle norme de courant électrique basé quantique en utilisant un procédé de silicium industrie compatible. Cela bénéficier de techniques d&#39;intégration bien établies et fiables pour l&#39;évolutivité, la parallélisation et les frais généraux de conduite. Surtout, un MOS complémentaire (CMOS) complet, dépourvu de métal traditionnel comme le matériau de grille, a montré fortement réduits fond fluctuations de charge dans les dispositifs à électron unique 21. Ces fluctuations peuvent être nocifs pour atteindre une précision métrologique. Le protocole décrit ici est limitée à la réalisation de nano-dispositifs MOS avec des portes en métal. Par conséquent, pour Achieve compatibilité industrielle complète et à réduire les fluctuations de charge, il serait nécessaire de modifier les techniques de dépôt de grille et utiliser du silicium polycristallin fortement dopé que le matériau de grille. En conclusion, les pompes MOS QD discutés ici ont récemment combiné l&#39;avantage technologique de silicium avec de très bonnes performances en termes de génération actuelle précise 13. Cette situation découle de la grande flexibilité du processus de conception et de fabrication qui permettent d&#39;empiler plusieurs couches de grille menant à un système compact et polyvalent. L&#39;accordabilité amende résultant du confinement électrostatique de la dot avec le potentiel de réduire les fluctuations de charge fond ouvre la voie pour surmonter les principaux défis observés dans d&#39;autres semi-conducteurs pompes 22,23.

Le silicium est le matériau de choix pour la plupart des microélectroniques modernes. Ses propriétés, combinées à des techniques lithographiques avancées, ont permis à l’industrie des semi-conducteurs de réaliser une intégration à très grande échelle et de fournir des milliards de transistors par puce. La technologie des semi-conducteurs à oxyde métallique (MOS)1 a été la clé de ce progrès technologique incessant2. En bref, il est basé sur un substrat Si dopé sélectivement qui est oxydé thermiquement pour développer un oxyde de grille SiO2 de haute qualité sur lequel une électrode de grille métallique est déposée. Récemment, il a été démontré que l’utilisation d’un empilement d’oxydes de grille pouvait être bénéfique3 . Bien que les normes industrielles actuelles aient atteint des tailles minimales de caractéristiques pour des longueurs de porte inférieures à 20 nm, il devient de plus en plus évident qu’à ce niveau de miniaturisation, des phénomènes de mécanique quantique préjudiciables entrent en jeu et peuvent compliquer la réduction d’échelle 4.
Remarquablement, le silicium est également un excellent matériau hôte pour exploiter les propriétés quantiques de la charge électronique et du spin5. Cela a élargi son champ d’application à des domaines entièrement nouveaux tels que l’informatique quantique6 et la métrologie électrique quantique7. Parmi d’autres approches5, l’utilisation d’une technologie MOS multi-portes8,9 a conduit à des points quantiques définis électrostatiquement (QD) dont l’occupation peut être contrôlée jusqu’au niveau10 d’un seul électron. Contrairement au procédé MOS conventionnel où une seule porte par transistor est nécessaire1, ces QD sont définis via un empilement à trois couches de portes Al/AletOx qui sont utilisées pour accumuler sélectivement des électrons à l’interface Si/SiO2, ainsi que pour fournir un confinement latéral et vertical11.
Bien que ces dispositifs aient été développés à l’origine pour des applications d’informatique quantique, ils ont également récemment montré des performances prometteuses en tant qu’outils métrologiques12,13. Dans le domaine de la métrologie électrique quantique, un objectif de longue date est la redéfinition de l’ampère unitaire en fonction de la charge élémentaire (e) 14. En particulier, l’accent est mis sur la réalisation de pompes de charge à l’échelle nanométrique pour chronométrer le transfert d’électrons individuels en temps opportun et avec précision. Ces dispositifs génèrent des courants électriques quantifiés macroscopiques, I = nef, où f est la fréquence d’un oscillateur d’entraînement externe et n est un entier. À ce jour, les meilleures performances ont été obtenues avec une pompe à base de GaAs en produisant un courant supérieur à 150 pA avec une incertitude relative de 1,2 partie par million15. Récemment, les MOS QD en silicium se sont également distingués par la mise en œuvre de pompes à électrons uniques de haute précision grâce à la capacité de réglage fin du confinement de charge13.
Ici, nous discutons du protocole utilisé pour la fabrication des QD MOS en silicium. De plus, la configuration cryogénique utilisée pour tester l’intégrité des dispositifs après la fabrication et celle pour effectuer des expériences de pompage de charge sont décrites. Enfin, des mesures représentatives du courant électrique quantifié sont rapportées.

<table><tbody><tr><td>Plaquettes de silicium</td><td>TOPSIL</td><td></td><td>4 pouces</td></tr><tr><td>Machine de lithographie par faisceau d’électrons</td><td>Raith gmbh</td><td></td><td>Raith 150two</td></tr><tr><td>E-beam resist&nbsp ;</td><td>MicroChem gmbh</td><td></td><td>PMMA</td></tr><tr><td>Photoresist</td><td>MicroChem gmbh</td><td></td><td>nLOF2020</td></tr><tr><td>Aligneur de masque</td><td>Quintel</td><td></td><td>Q6000</td></tr><tr><td>Photoresist développeur</td><td>MicroChem gmbh</td><td></td><td>AZ826MIF</td></tr></tbody></table>

silicium métal-oxyde-semiconducteur quantum dots pour le pompage mono-électronique

Silicon Metal-oxide-semiconductor Quantum Dots for Single-electron Pumping

À mesure que les transistors en silicium produits en série ont atteint l’échelle nanométrique, leur comportement et leurs performances sont de plus en plus affectés, et souvent détériorés, par des effets mécaniques quantiques tels que l’effet tunnel à travers des dopants uniques, la diffusion via des défauts d’interface et des états de charge de piège discrets. Cependant, les progrès de la technologie du silicium ont montré que ces phénomènes peuvent être exploités pour une nouvelle classe d’électronique quantique. Entre autres, la technologie multicouche de silicium métal-oxyde-semi-conducteur (MOS) peut être utilisée pour contrôler une charge unique ou un spin confiné dans des points quantiques définis électrostatiquement (QD). Ces dispositifs basés sur QD constituent une excellente plate-forme pour les applications d’informatique quantique et, récemment, il a été démontré qu’ils peuvent également être utilisés comme pompes à électrons uniques, qui sont des sources précises de courant quantifié à des fins métrologiques. Ici, nous discutons en détail du protocole de fabrication des MOS QD en silicium qui est pertinent à la fois pour les applications d’informatique quantique et de métrologie quantique. De plus, nous décrivons des méthodes de caractérisation pour tester l’intégrité des dispositifs après la fabrication. Enfin, nous donnons une brève description du dispositif de mesure utilisé pour les expériences de pompage de charge et montrons des résultats représentatifs de la quantification du courant électrique.

Le processus de fabrication et les techniques de caractérisation expérimentale pertinentes pour les pompes à électrons uniques basées sur des points quantiques de silicium métal-oxyde-semi-conducteur sont discutés.

Silicium métal-oxyde-semiconducteur Quantum Dots pour le pompage mono-électronique

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by ...

L'objectif général de l'expérience suivante est de fabriquer des points quantiques en silicium à base de semi-conducteurs à oxyde métallique et de les faire fonctionner comme des pompes à un seul électron. Cela est réalisé en fabriquant des nano-transistors en silicium à l'aide d'une technique de grille multicouche, qui permet de contrôler électrostatiquement les électrons individuels confinés dans les points quantiques et de manipuler leur taux de transfert. Dans un deuxième temps.Les dispositifs fabriqués sont testés à la température de l'hélium liquide afin de vérifier leur intégrité structurelle. L'observation du blocage de Coulomb dans les caractéristiques courant-tension indique un fonctionnement satisfaisant des dispositifs. Les résultats montrent qu'un point quantique peut être utilisé comme pompe à un seul électron dans une plateforme de mesure de type Kelvin-Malik.Lorsque la transparence de la barrière d'entrée est pilotée par un signal alternatif. Ceci se manifeste par l'apparition de paliers caractéristiques dans le courant. L'électronique nanométrique en silicium est au cœur de l'ère de l'information dans laquelle nous vivons tous.Il est remarquable que le silicium soit également un excellent matériau hôte pour des applications quantiques telles que l'informatique quantique et la métrologie électrique quantique. Ici à l'UNSW, nous avons mis au point la technologie permettant de transformer des transistors classiques en dispositifs quantiques. Nous pouvons confiner des électrons dans une minuscule région en silicium, dont la taille ne mesure que quelques dizaines de nanomètres.Il s'agit de ce que les gens appellent un point quantique. Nous utilisons de tels points quantiques pour capturer précisément un électron depuis la borne source et le transférer vers la borne de drain, et la répétition extrêmement rapide de ce processus sera utilisée à l'avenir pour générer le courant électrique le plus précis au monde. Un objectif de longue date en métrologie électrique est la redéfinition de l'unité de courant électrique DM pair en reliant sa valeur à une constante fondamentale de la nature, comme la charge de l'électron.Les techniques présentées expliquent comment fabriquer et faire fonctionner des dispositifs quantiques en silicone afin de mettre en œuvre cette connexion. Les dispositifs à l'échelle nanométrique utilisés dans cette étude sont réalisés à l'aide d'un protocole largement compatible avec les procédés industriels CMOs. Toutefois, contrairement aux dispositifs CMOs standards, nous ajoutons une pile de grille métallique, ce qui permet de confiner spatialement des électrons individuels.Notre protocole montre comment tester et faire fonctionner une pompe à un seul électron basée sur un point quantique. L'élément clé de sa réussite consiste à maîtriser le potentiel électrostatique du point, ainsi que la transparence des barrières de tunnel. Plusieurs signaux RF sont généralement utilisés pour piloter le transfert d'un seul électron depuis et vers tdot.Le grand avantage de nos dispositifs à plusieurs couches et à grilles par rapport à d'autres réalisations comme les dispositifs métalliques ou les semi-conducteurs du groupe III-V réside dans le contrôle exquis que nous avons obtenu sur le confinement électrostatique du point quantique. Cela a été essentiel pour réduire les erreurs dans le mécanisme de pompage. Pour créer une couche d'oxyde de champ sur une tranche de silicium, préparez un four d'oxydation à 900 degrés Celsius.Commencez avec une plaquette de silicium de deux pouces correctement nettoyée. Placez la plaquette dans le four et commencez les étapes d'oxydation. Les étapes d'oxydation prennent environ une heure et quart.Lorsque l'opération est terminée, préparez-vous à déposer une couche de HDMS sur la plaquette afin de commencer la création des contacts omiques. Pour ce faire, placez la plaquette sur un bloc chauffant à 110 degrés Celsius pendant une minute. Versez également environ 50 millilitres de HDMS dans un bec en verre.Lorsque les deux sont prêts, placez la plaquette et le bécher dans une chambre à vide afin de déposer une couche de HDMS de quelques nanomètres d'épaisseur sur la plaquette. Après avoir retiré la plaquette de la chambre à vide, déplacez-la vers un spin coater. Là, faites tourner une couche de deux à quatre micromètres de résine photosensible sur les faces avant et arrière de la plaquette.Poursuivez en déplaçant la plaquette du spin coater vers un aligneur de masque. Positionnez la plaquette et configurez le masque afin de dessiner les contacts pour ce procédé. Utilisez une lumière ultraviolette pour transférer ce motif de contact omic sur la plaquette.Après le dessin du motif, déplacez la plaquette sur une plaque chauffante. Faites cuire la plaquette à 110 degrés Celsius pendant une minute après la cuisson postérieure. Réalisez le développement de la plaquette pendant une à deux minutes, puis rincez-la dans de l’eau déionisée avant de la transférer vers un graveur à plasma.Effectuez une gravure au plasma d'oxygène pendant 20 minutes à 340 Millitorr avec une puissance incidente de 50 watts et une puissance réfléchie inférieure à un watt. Après la gravure au plasma, préparez une solution d'acide hydrofluorique tamponné à un rapport de 15 pour 1 à 30 degrés Celsius.Graver l'oxyde pendant quatre à cinq minutes, en supposant une vitesse de gravure de 20 nanomètres par minute à 30 degrés Celsius. Une fois terminé, rincer la plaquette dans de l'eau déionisée pendant cinq minutes, puis la sécher avec de l'azote sec avant de poursuivre. Ensuite, préparer des récipients contenant de l'acétone et de l'isopropanol.Retirer la résine photosensible en immergeant la plaquette dans l'acétone pendant cinq minutes. Procéder ensuite à un rinçage dans l'isopropanol pendant cinq minutes supplémentaires. Transférer la plaquette sèche dans un four à 1000 degrés Celsius équipé d'une source de phosphore.Placer la plaquette à l'intérieur avec un flux de gaz azote pendant 30 à 45 minutes, selon la densité de dopage souhaitée. Après avoir récupéré la plaquette, préparer la suppression de la couche d'oxyde contaminée. Avoir prêt un récipient contenant de l'acide fluorhydrique dilué dans l'eau et un récipient d'eau déionisée, chacun suffisant pour immerger la plaquette.Immergez la plaquette dans l'acide pendant trois à quatre minutes, puis rincez-la dans l'eau pendant 10 minutes. Replacez la plaquette dans le four d'oxydation maintenu à 900 degrés. Effectuez les étapes d'oxydation sur une durée d'environ une heure et quart après l'oxydation.L'étape suivante consiste à former le dépôt d'oxyde de gait, une couche de HDMS d'épaisseur de quelques nanomètres sur la plaquette. Ensuite, passez à un spin coater pour appliquer par rotation deux à quatre micromètres de résine photosensible sur les deux faces de la plaquette. Une fois de plus, transportez la plaquette jusqu'au mask aligner situé là-bas.Exposer la plaquette à la lumière ultraviolette afin de transférer le motif requis. Après développement de la plaquette, la placer dans une gravure au plasma d'oxygène pendant 20 minutes à 340 millitorr. Procéder ensuite à une gravure dans une solution d'acide hydrofluorique tamponné dans un rapport de 15 à 1 à 30 degrés Celsius.Placer la plaquette dans la solution pendant trois à quatre minutes, puis rincer la plaquette à l'eau déionisée pendant cinq minutes. Après séchage de la plaquette, l'immerger dans de l'acétone pendant cinq minutes. Pour éliminer la résine photosensible, rincer la plaquette à l'isopropanol pendant cinq minutes.Après avoir séché la plaquette dans un gaz azote, transportez-la vers un four dédié à 800 degrés Celsius et placez-la à l'intérieur des étapes d'oxydation. Laissez-la pendant une heure à une heure et quinze minutes, selon l'épaisseur d'oxyde souhaitée. Avant la structuration du motif, la plaquette doit subir une métallisation des contacts de source et de drain, puis être découpée en puces individuelles.Ces puces de 10 millimètres par 2 millimètres ont également été gravées avec des marqueurs d'alignement pour la lithographie par faisceau d'électrons. La réalisation des grilles en aluminium nécessite trois passes et commence par un dépôt par centrifugation. Pour chaque passe, déposez par centrifugation du polyméthacrylate de méthyle, une résine de type 4, sur une épaisseur de 150 à 200 nanomètres. Après le dépôt, transférez la puce sur une plaque chauffante à 180 degrés Celsius.Faites cuire la puce pendant 90 secondes avant de poursuivre. Placez maintenant la puce dans un lithographe par faisceau d'électrons. Pendant la lithographie, utilisez des paramètres différents pour la haute et la basse résolution.Ceci est le modèle de disposition de la démarche. Dans cette expérience, développer la résine avec la solution d'isobutyle, de cétone et d'isopropanol. Dans un rapport de un à trois, plonger la puce dans la solution pendant 40 à 60 secondes.Rincez la puce à l'isopropanol pendant 20 secondes et séchez-la avec de l'azote. Ensuite, placez la puce dans un évaporateur thermique. Préparez-vous à évaporer de l'aluminium pour le premier passage.Faire évaporer l'aluminium à une vitesse de 0,1 à 0,4 nanomètre par seconde jusqu'à une épaisseur cible de 25 à 35 nanomètres. Après l'évaporation, procéder au soulèvement du métal : préparer un récipient contenant de l'éthyl-2-propanone chauffé à 80 degrés Celsius sur une plaque chauffante et y plonger la puce pendant une heure. Rincer ensuite la puce dans de l'isopropanol pendant deux minutes.Réalisez l'oxydation de l'aluminium sur un bloc chauffant à 150 degrés Celsius. Placez la puce sèche sur le bloc chauffant pendant cinq à dix minutes. Terminez le premier passage en nettoyant la puce par rinçage centrifugé à l'acétone et à l'isopropanol à 7 500 tr/min pendant 30 secondes.Ce schéma fournit un aperçu de ce qui a été réalisé lors du premier passage. Lors d'un deuxième passage, évaporer une couche d'aluminium de 45 à 65 nanomètres. Lors du troisième passage, évaporer une couche d'aluminium de 75 à 90 nanomètres afin de réaliser l'empilement à trois couches de la grille.Pour effectuer les tests d'intégrité, il est nécessaire de monter correctement une puce sur un circuit imprimé, de fixer la puce et d'établir des connexions électriques entre celle-ci et le circuit imprimé. Ensuite, monter le circuit imprimé sur un support de sonde dip. Connecter la sonde de manière à permettre la connexion électrique aux portes du dispositif.Lorsque la sonde est prête, procurez-vous un récipient contenant de l'hélium liquide et immergez lentement la sonde afin d'éviter une évaporation excessive de l'hélium. Ce schéma illustre les connexions nécessaires au test d'étanchéité. À l'aide des électrodes à température ambiante, reliez à la masse toutes les grilles, sauf celle connectée à une unité de mesure de source.Balayez la tension de l'unité de mesure de la source de zéro à 1,5 volt par incréments de 0,1 volt pour mesurer et enregistrer le courant. Si aucun courant n'est détecté, le dispositif réussit le test de fuite. Pour le test suivant, reliez chaque grille à une source de tension continue variable.Connectez la ligne source au port d'entrée d'un amplificateur synchrone. Connectez également la ligne drain à la source de tension alternative intégrée de l'amplificateur synchrone. Mesurez les caractéristiques d'activation en augmentant simultanément les tensions de grille appliquées à BL, br, pl, sl et DL tout en maintenant C one et C two à la masse.Enregistrez les caractéristiques d'allumage du dispositif. Il s'agit d'un tracé d'exemple pour cette mesure. Ensuite, réduisez progressivement chaque tension de grille individuellement afin d'enregistrer ses caractéristiques de blocage, où la mesure BL est progressivement réduite.Ici, nos résultats représentatifs des caractéristiques d'activation et de blocage sont présentés sur le graphique. Le courant alternatif RMS entre la source et le drain est donné en fonction de la tension de grille. Les grilles sont identifiées dans le schéma.Les contacts de source et de drain sont connectés à un amplificateur synchrone avec une excitation de 50 microvolts efficaces à environ 113 hertz, et les grilles sont reliées à un bloc de batteries modulaire à tension contrôlable. La grille C1 et la grille C2 sont maintenues à zéro volt tandis que les autres sont maintenues à deux volts. Il s'agit d'une mesure représentative du courant source-drain, représenté selon un spectre de couleurs en fonction de la tension de polarisation source-drain et de la tension de la grille de commande.Lorsqu'un quantum est formé sous la grille plongeante, il révèle clairement la signature caractéristique du blocage de Ulam. Un pompage d'électrons uniques peut être réalisé lorsqu'un dispositif fonctionne sur une plateforme de mesure à température de l'ordre du millikelvin, équipée de lignes électriques haute fréquence.Dans cette expérience, le dispositif est actionné par deux signaux sinusoïdaux de 10 mégahertz appliqués à la barrière d'entrée et à la grille de plongeur. Les paliers caractéristiques du courant à des multiples entiers de la charge de l'électron ainsi que la fréquence constituent la signature de transferts de charge quantifiés. La plupart des paramètres de procédé décrits dans ce protocole peuvent varier selon les outils de fabrication utilisés ainsi que selon le type de substrat en silicium.Des quantités telles que la dose d'exposition en lithographie, le temps de développement, la durée de gravure ou d'oxydation doivent être soigneusement calibrées et testées afin d'assurer un rendement fiable. Au cours du flux de fabrication, il est essentiel d'éviter toute contamination croisée entre les équipements utilisés pour des procédés différents. Pour éviter cela, nous disposons d'un certain nombre d'outils exclusivement dédiés au traitement du silicium, tels que des évaporateurs métalliques, des fours d'oxydation et des bains d'HF.Les résultats présentés pour la quantification actuelle ont été obtenus à une fréquence d'excitation relativement élevée de 10 mégahertz, pour laquelle le réglage des paramètres expérimentaux peut être effectué rapidement. En pratique, il est souhaitable de faire fonctionner la pompe à plusieurs centaines de mégahertz. Il est important de noter que cela nécessite généralement une optimisation des paramètres beaucoup plus fine et plus longue.Après avoir suivi le processus de fabrication et les techniques de mesure décrites dans cette vidéo, nous avons réussi à générer un courant électrique microscopique avec un niveau de précision record parmi les systèmes à base de silicium. Cela ouvre des perspectives considérables pour la future redéfinition de l'unité de courant, fondée uniquement sur des principes de mécanique quantique. Impulsion. Nous étudions actuellement la possibilité de remplacer les grilles métalliques classiques de nos dispositifs par du silicium polycristallin.Cela réduit probablement le bruit de charge de fond que nous observons actuellement. Notre objectif est d'obtenir une stabilité et une précision accrues du pompe à électrons. Nous répondrons ainsi aux exigences métrologiques extrêmes d'une nouvelle norme mondiale du courant.Les techniques que nous avons présentées dans cette vidéo illustrent le grand potentiel de la nanotechnologie à base de silicium pour les dispositifs quantiques. Le silicium suscite un intérêt croissant en tant que matériau de choix pour le pompage de charge, en raison de l'attrait qu'exerce la mise en œuvre d'une nouvelle norme de courant à l'aide de procédés au silicium compatibles avec l'industrie, qui pourraient tirer parti des techniques d'intégration très bien établies, disponibles dès le départ pour l'extensibilité des systèmes.

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