Name: סיליקון מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה קוונטי נקודות לשאיבת חד אלקטרון (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-06-03T15:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 58 s
Description: חקור את ייצור נקודות קוונטיות מסיליקון מסוג מתכת-תחמוצת-מוליך למחצה לשימוש כמשאבות אלקטרון יחיד. השיטה מאפשרת שליטה אלקטרוסטטית מדויקת באלקטרונים בודדים ומניפולציה בשיעורי העברתם.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

אנו מודים KY טאן, פ לראות וGC Tettamanzi לדיונים מועילים. אנו מכירים תמיכה כספית מהמועצה האוסטרלית למחקר (מענק מס &#39;DP120104710), האקדמיה של פינלנד (מענק מס&#39; 251,748, 135,794, 272,806) ותמיכה ממתקן ייצור הלאומי של אוסטרליה לייצור מכשיר. AR מודה תמיכה כספית מתכנית גרנט חוקר מאוניברסיטת ניו סאות &#39;ויילס בתחילת הקריירה. מתן שירותים נוספים ותמיכה טכנית על ידי אוניברסיטת אלטו בMicronova מרכז Nanofabrication הוא גם הודה.

הערה: פרוטוקול זה מתאר את הנהלים המשמשים לפברק, חבילה ולבדוק משאבות חד-אלקטרון המבוססות על טכנולוגיית MOS QD סיליקון. הצעדים שנדונו בסעיפי משנה 1 ו- 2 מתבצעים בחדר נקי ISO5, בעוד אלה של סעיף 3 מבוצעים במעבדות ISO6. תנאי סביבה ברציפות נשלטים. ערכים נומינליים לטמפרטורה ולחות נקבעים על 20 ± 1 ° C ו -55% ± 5%, בהתאמה. 1. microfabrication <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שדה אוקסיד <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה את הרקיק על ידי טבילה בפעולות הבאה: לחרוט פיראניה (10 דקות), מים ללא יונים (DI) (10 דקות), פתרון RCA-2 (מיליליטר מים DI 175, 30 מיליליטר HCl, H 2 O 2 30 מיליליטר ב 100 מעלות צלזיוס במשך 10 דקות), מים ללא יונים (5 דקות), חומצה הידרופלואורית (HF) מדוללת במים 10: 1 (10 שניות), מים DI (10 דקות). השתמש בגדי מגן בעת טיפול HF (כלומר, משקפי מגן, סינר PVC, וכפפות PVC). המשך בצו האמור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את פרוסותבתנור חמצון ב 900 ° C וחמצן בשלבים כדלקמן: O היבש 2 (10 דקות), O הרטוב 2 (40 דקות), O היבש 2 (10 דקות), N 2 (15 דקות). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מגעים ohmic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע photolithography ותחמוצת לחרוט. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפקיד רובד כמה-ננומטר בעובי של hexamethyldisilazane אמרגן הידבקות (HMDS) על גבי משטח הרקיק כדלקמן: טרום לאפות על פלטה חמה ב 110 מעלות צלזיוס במשך 1 דקות, לשפוך ~ 50 מיליליטר של HMDS בכוס זכוכית, הנח את הכוס והרקיק בתא הוואקום, לפנות ולחכות 2 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין שכבה 2-4-מיקרומטר בעובי של photoresist בשני מאחור ובצדדים מול הרקיק (3,000-5,000 סל&quot;ד, 25-40 שניות בהתאם לעובי רצוי). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשוף לאור אולטרה הסגול בaligner מסכה (10 mW / 2 סנטימטר ל4-10 שניות על פי להתנגד עובי). הודעה לאפות על פלטה חמה ב 110 מעלות צלזיוס במשך 1 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפתח במשך 1-2 דקות, ולאחר מכן לשטוף במים ללא יונים. </li&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע לחרוט 2 פלזמה O במשך 20 דקות (לחץ = 340 mTorr; כוח התקרית = 50 W; משתקף כוח &lt;1 W). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תחמוצת לחרוט בפתרון חומצת HF שנאגרו (15: 1, 4-5 דקות, לחרוט 20 ננומטר / דקת ≈ שיעור על 30 מעלות צלזיוס). יש לשטוף במים ללא יונים (5 דקות). מכה יבשה עם N 2. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר photoresist על ידי טבילה באצטון. לשטוף בisopropanol (IPA), ואז מכה יבשה עם N 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים פרוסה בתנור ב 1000 ° C עם מקור זרחן (N 2 זרימה במשך 30-45 דקות בהתאם לצפיפות סימום רצויה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר שכבת תחמוצת מזוהמת עם חומצת HF מדוללת במים (10: 1, 3-4 דקות, 40 ננומטר / דקת ≈ שיעור לחרוט על 30 מעלות צלזיוס), לשטוף במים ללא יונים (10 דקות). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חמצן כמו ב1.1.2. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השער אוקסיד <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 1.2.1 ו1.2.2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים פרוסה בתנור ייעודי ב 800 מעלות צלזיוס וחמצן בשלבים כדלקמן: O היבש 2 (10 דקות), דichloroethylene + O 2 (20 דקות), O היבש 2 (10-30 דקות בהתאם לעובי תחמוצת רצוי), N 2 (15 דקות). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Metallization מגעים ohmic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלב 1.2.1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים פרוסה במאייד אלומת אלקטרונים. להתאדות של אלומיניום 100 ננומטר ב0.2-0.5 ננומטר / sec ו -5 x 10 -6 Torr. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משרים את פרוסות ב-methyl-2-pyrrolidone N (תמ&quot;א) על פלטה חמה על 80 מעלות צלזיוס במשך שעה 1 להרים את המתכת. השתמש תסיסה קולית במידת צורך. יש לשטוף בIPA למשך 2 דקות. מכה יבשה עם N 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשל ביצירת הגז ב 400 מעלות צלזיוס במשך לפחות 15 דקות. </li></ol></li></ol> 2. Nanofabrication <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ופל חיתוך <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין כל להתנגד על גבי פרוסות סיליקון לפעול כציפוי מגן (סוג של פולימר פרמטרים וספינינג אינם רלוונטיים בשלב זה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש דייסר טיפ יהלומים כדי לחתוך פרוסות לשבבים בודדים של ~ 10 x 2 מ&quot;מ 2. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl">ניקוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משרים בתמ&quot;א עבור שעה 1 על פלטה חשמלית על 80 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן לשטוף בIPA למשך 2 דקות. מכה יבשה עם N 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע לחרוט 2 פלזמה O למשך 5 דקות (כוח תקרית = 50 W; משתקף כוח &lt;1 W). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין נקי עם אצטון וIPA (7,500 סל&quot;ד, 30 שניות) </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דפוסי סמני יישור <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> methacrylate polymethyl ספין (PMMA 950K) A4 להתנגד (5,000-7,500 סל&quot;ד, 30 שניות תלוי בעובי רצוי). עובי אופייני עבודה ≈ 150-200 ננומטר. אופה להתנגד על פלטה חמה ב 180 מעלות צלזיוס במשך 90 שניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע יתוגרפיה קורה אלקטרוני. השתמש בתנאים הבאים לכתוב: אנרגיית אלומה = 30 קאב, ≈ נוכחי קרן 30 הרשות הפלסטינית, במינון אזור ≈ 500-650 μC / 2 סנטימטר בהתאם לגודל סמנים ולהתנגד עובי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפתח להתנגד בפתרון של קטון isobutyl התיל וIPA (1: 3) ל40-60 שניות, ולאחר מכן לשטוף בIPA במשך 20 שניות. מכה יבשה עם N 2 אקדח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקוםהשבב במאייד אלומת אלקטרונים. להתאדות 15 ננומטר של Ti ו -65 ננומטר של Pt ב.2-.4 ננומטר / sec ו -5 x 10 -6 Torr. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרם את המתכת כמו בשלב 1.4.3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שבב נקי כמו בשלבים 2.2.2-2.2.3. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דפוסי שער <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין להתנגד כמו ב2.3.1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע יתוגרפיה קורה אלקטרוני. השתמש בתנאים הבאים לכתוב לתכונות ברזולוציה גבוהה: אנרגיית אלומה = 30 קאב, ≈ נוכחי קרן 30 הרשות הפלסטינית, אזור מינון ≈ 500-700 μC / 2 סנטימטר. הוסף תנאים לתכונות ברזולוציה נמוכות: אנרגיית אלומה = 15 קאב, ≈ נוכחי קרן 10 NA, אזור מינון ≈ 400-600 μC / 2 סנטימטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפתח להתנגד כמו ב2.3.3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את השבב במאייד תרמית. להתאדות אל ב.1-.4 ננומטר / sec ו1-9 x 10 -6 mbar. עובי יעד משתנה בהתאם למספר שכבה, כפי שמוצג באיור 2 (25-35 ננומטר לשכבה 1, 45-65 ננומטר לשכבה 2, 75-90 nמ &#39;לשכבה 3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרם את המתכת כמו בשלב 1.4.3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע חמצון אל על פלטה חמה ב 150 מעלות צלזיוס למשך 5-10 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שבב נקי כמו בשלב 2.2.3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזרו על שלבים 2.4.1-2.4.7 פעמיים כדי להבין את ערימת שער 3-שכבה. </li></ol></li></ol> אריזת 3. התקן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שבב קוביות כמו בשלב 2.1 </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לשטוף את שבבים קטנים יותר וכתוצאה מכך אצטון וIPA למשך 2 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דבק חתיכה ללוח מעגלים מודפס (PCB) עם PMMA A5 בודד. חכה 2 דקות לייבוש. לחלופין, כדי לשפר את thermalization, להשתמש אפוקסי כסף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את PCB על ונדר טריז ולהמשיך בחיווט. </li></ol> 4. בדיקות יושרה התקן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר PCB מכיל מכשיר קווי על בדיקה לטבול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חוט הקווים החשמליים של המעגלים המודפסים לאלה של הבדיקה לטבול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את הבדיקה לכלי המכיל הליום נוזלי. להתקדם לאט כדי להימנע מב הליום מוגזםשמן פעמי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור כל שער מכשיר, לחבר את האלקטרודה בטמפרטורת חדר המקבילה של החללית ליחידת מקור-מידה, תוך שמירה על השערים האחרים מקורקעים. הגדר את נוכחי ציות לכמה Na. לטאטא את המתח בין אפס ל 1.5V בצעדים של 0.1 V, למדוד ולתעד הנוכחי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר כל שורת שער למקור מתח DC משתנה המופעל באמצעות סוללות, קו המקור למובנה במקור AC מתח של מגבר נעילה ב, וקו הניקוז ליציאת הקלט של הנעילה ב מגבר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את המקור לניקוז מוליכות לתצורות מתח שער שונים (ראה איור 4). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעולם כבש את המתח להחיל BL שערים, BR, PL, SL וDL, על ידי שמירה על שערי C1 ו- C2 מקורקעים. רשום את מאפייני &#39;Turn-על&#39; המכשיר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בנפרד כבש את כל מתח שער ולתעד את המאפיינים &#39;קמצוץ פעמי&#39; השערים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את מתח השער להגדיר qu אלקטרוסטטינקודת antum ידי הגדרת המתחים על BL וBR (PL, SL וDL) קטן יותר (יותר) מאשר התור-על מתחים. רשום את מאפייני מצור קולון. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Sze, S. M. Physics of Semiconductor Devices. , Wiley. Interscience, NY. 505-566 (1969).</li>
<li>Moore, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cramming+More+Components+onto+Integrated+Circuits%5BTitle%5D)+AND+%22Electronics%22%5BJournal%5D)">Cramming More Components onto Integrated Circuits.</a> Electronics. 38, 114-117 (1965).</li>
<li>Voisin, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Few-Electron+Edge-State+Quantum+Dots+in+a+Silicon+Nanowire+Field-Effect+Transistor%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Few-Electron Edge-State Quantum Dots in a Silicon Nanowire Field-Effect Transistor.</a> Nano Lett. 14 (4), 2094-2098 (2014).</li>
<li>Asenov, A., Brown, A. R., Davies, J. H., Savas, K., Slavcheva, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simulation+of+Instrinsic+Parameter+Fluctuations+in+Decananometer+and+Nanometer-Scale+MOSFETs%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Electron+Devices%22%5BJournal%5D)">Simulation of Instrinsic Parameter Fluctuations in Decananometer and Nanometer-Scale MOSFETs.</a> IEEE Trans Electron Devices. 50 (9), 1837-1852 (2003).</li>
<li>Zwanenburg, F. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silicon+Quantum+Electronics%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Mod.+Phys%22%5BJournal%5D)">Silicon Quantum Electronics.</a> Rev. Mod. Phys. 85 (3), 961-1019 (2013).</li>
<li>Ladd, T. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+computers%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Quantum computers.</a> Nature. 464 (7285), 45-53 (2010).</li>
<li>Piquemal, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genev%C3%A8s%2C+G.+for+a+direct+realization+of+the+quantum+metrological+triangle%5BTitle%5D)+AND+%22Metrologia%22%5BJournal%5D)">Genevès, G. for a direct realization of the quantum metrological triangle.</a> Metrologia. 37 (3), 207-211 (2000).</li>
<li>Angus, S. J., Ferguson, A. J., Dzurak, A. S., Clark, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gate-Defined+Quantum+Dots+in+Intrinsic+Silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Gate-Defined Quantum Dots in Intrinsic Silicon.</a> Nano Lett. 7 (7), 2051-2055 (2007).</li>
<li>Gonzalez-Zalba, M. F., Heiss, D., Podd, G., Ferguson, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+aluminium-gated+single+electron+transistor+on+a+doped+silicon-on-insulator+etched+nanowire%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Tunable aluminium-gated single electron transistor on a doped silicon-on-insulator etched nanowire.</a> Appl. Phys. Lett. 101 (10), 103504-103501 (2014).</li>
<li>Lim, W. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+the+single-electron+regime+in+a+highly+tunable+silicon+quantum+dot%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Observation of the single-electron regime in a highly tunable silicon quantum dot.</a> Appl. Phys. Lett. 95 (24), 242102-242103 (2009).</li>
<li>Yang, C. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spin-valley+lifetimes+in+silicon+quantum+dots+with+tunable+valley+splitting%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Spin-valley lifetimes in silicon quantum dots with tunable valley splitting.</a> Nat. Commun. 4 (2069), (2013).</li>
<li>Chan, K. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-electron+shuttle+based+on+a+silicon+quantum+dot%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Single-electron shuttle based on a silicon quantum dot.</a> Appl. Phys. Lett. 98 (21), 212103-212101 (2011).</li>
<li>Rossi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+accurate+single-electron+pump+based+on+a+highly+tunable+silicon+quantum+dot%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">An accurate single-electron pump based on a highly tunable silicon quantum dot.</a> Nano Lett. 14 (6), 3405-3411 (2014).</li>
<li>Pekola, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-electron+current+sources%3A+Toward+a+refined+definition+of+the+ampere%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Mod.+Phys%22%5BJournal%5D)">Single-electron current sources: Toward a refined definition of the ampere.</a> Rev. Mod. Phys. 85 (4), 1421-1472 (2013).</li>
<li>Giblin, S. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Towards+a+quantum+representation+of+the+ampere+using+single+electron+pumps%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Towards a quantum representation of the ampere using single electron pumps.</a> Nat. Commun. 3, 930(2012).</li>
<li>Kouwenhoven, L. P., Austing, D. G., Tarucha, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Few-electron+quantum+dots%5BTitle%5D)+AND+%22Rep.+Prog.+Phys%22%5BJournal%5D)">Few-electron quantum dots.</a> Rep. Prog. Phys. 64 (6), 701-736 (2001).</li>
<li>Veldhorst, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+addressable+quantum+dot+qubit+with+fault-tolerant+control+fidelity%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Nanotech%22%5BJournal%5D)">An addressable quantum dot qubit with fault-tolerant control fidelity.</a> Nat. Nanotech. 9 (12), 981-985 (2014).</li>
<li>Fujiwara, A., Nishiguchi, K., Ono, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoampere+charge+pump+by+single-electron+ratchet+using+silicon+nanowire+metal-oxide-semiconductor+field-effect+transistor%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Nanoampere charge pump by single-electron ratchet using silicon nanowire metal-oxide-semiconductor field-effect transistor.</a> Appl. Phys. Lett. 92 (4), 042102-1-042102-3 (2008).</li>
<li>Jehl, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hybrid+Metal-Semiconductor+Electron+Pump+for+Quantum+Metrology%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+X%22%5BJournal%5D)">Hybrid Metal-Semiconductor Electron Pump for Quantum Metrology.</a> Phys. Rev. X. 3 (2), 021012-1-021012-7 (2013).</li>
<li>Tettamanzi, G. C., Wacquez, R., Rogge, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Charge+pumping+through+a+single+donor+atom%5BTitle%5D)+AND+%22New+J.+Phys%22%5BJournal%5D)">Charge pumping through a single donor atom.</a> New J. Phys. 16 (6), 063036-1-063036-17 (2014).</li>
<li>Koppinen, P. J., Stewart, M. D., Zimmerman, N. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+Electrical+Characterization+of+Fully+CMOS-Compatible+Si+Single-Electron+Devices%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Electron+Devices%22%5BJournal%5D)">Fabrication and Electrical Characterization of Fully CMOS-Compatible Si Single-Electron Devices.</a> IEEE Trans Electron Devices. 60 (1), 78-83 (2013).</li>
<li>Fletcher, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stabilization+of+single-electron+pumps+by+high+magnetic+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Stabilization of single-electron pumps by high magnetic fields.</a> Phys. Rev. B. 86 (15), 155311-1-155311-6 (2012).</li>
<li>Kataoka, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+Nonadiabatic+Excitation+in+a+Single-Electron+Quantum+Dot%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Tunable Nonadiabatic Excitation in a Single-Electron Quantum Dot.</a> Phys. Rev. Lett. 106 (12), 126801-1-126801-4 (2011).</li>
</ol>

יש המחברים אין לחשוף.

הפרוטוקול דיווח במאמר זה מתאר את הטכניקות לפברק סיליקון MOS QDs, כמו גם הליכי הניסוי כדי לבדוק את השלמות הפונקציונלית שלהם ולהפעיל אותם כמשאבות חד-אלקטרון. למרבה הפלא, על ידי התאמת עיצוב השער, יכול להיות מועסק באותו תהליך הייצור כדי לייצר מכשירים המתאימים לקריאת נתוני ביט קוונטים ושליטה 17, כמו גם תשלום שאיבת 12,13. נציין כי רב של הפרמטרים התהליך שצוטטו במאמר זה עשוי להשתנות בהתאם לכלי הייצור משמשים (כיול, לעשות או מודל), כמו גם בסוג של מצע סיליקון (עובי וצפיפות סימום רקע). כמויות כגון מינון חשיפה ליתוגרפיה או זמן פיתוח, תחריט או משך חמצון, צריכה להיות מכוילות בקפידה ונבדקו כדי להבטיח תשואה אמינה. יתר על כן, חשוב להימנע מזיהום צולב הנובע מהשימוש באותם הכלים ייצור לתהליכים שונים. לשם כך, מספר CRצעדי itical מתבצעים עם ציוד מוקדש אך ורק לעיבוד סיליקון כגון דודי מתכת, תנורי חמצן ואמבטיות HF. באופן כללי יותר, סיליקון הוא ציור התעניינות גוברת בחומר של בחירה לממש משאבות תשלום 18-20. זה נובע בחלקו הפרספקטיבה האטרקטיבי של יישום סטנדרטי זרם חשמלי מבוסס קוונטים חדשים באמצעות תהליך סיליקון תעשייה תואמת. זה היה ליהנות מטכניקות אינטגרציה מבוססות ואמינות ליכולת רחבה, במקביל ומעל הנהיגה. חשוב לציין, טכנולוגית MOS המשלים (CMOS) מלאה, ללא מסורתי מתכת כחומר השער, הראתה תנודות תשלום רקע מופחתות במידה ניכרת במכשירים חד-אלקטרון 21. תנודות מסוג זה יכול להיות מזיקות בהשגת דיוקים המטרולוגי. הפרוטוקול שנדון כאן מוגבל למימוש של ננו-התקני MOS עם שערי מתכת. לכן, כדי achieיש תאימות תעשייתית מלאה ולהפחית תנודות תשלום, זה יהיה צורך לשנות את הטכניקות בתצהיר שער ולהשתמש בסיליקון גבישי מסוממים מאוד כחומר השער. לסיכום, משאבות MOS QD שנדונו כאן לאחרונה בשילוב היתרון הטכנולוגי של סיליקון עם ביצועים טובים מאוד במונחים של דור הנוכחי מדויק 13. זה נובע מהגמישות הגבוהה של תהליך התכנון וייצור המאפשר אחד למחסנית שכבות מרובות שער מוביל למערכת קומפקטית ורבות-תכליתית. Tunability קנס התוצאה של הכליאה אלקטרוסטטי של הנקודה יחד עם הפוטנציאל להפחתת תנודות תשלום רקע מגדיר את הבמה כדי להתגבר על האתגרים העיקריים שנצפו במוליכים למחצה אחרים משאבות 22,23.

סיליקון הוא החומר הנבחר עבור רוב המיקרואלקטרוניקה המודרנית. תכונותיו, בשילוב עם טכניקות ליטוגרפיות מתקדמות, אפשרו לתעשיית המוליכים למחצה להשיג אינטגרציה בקנה מידה גדול מאוד ולספק מיליארדי טרנזיסטורים לכל שבב. טכנולוגיית מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה (MOS)1 הייתה המפתח להתקדמות הטכנולוגית הבלתי פוסקת הזו2. בקצרה, הוא מבוסס על מצע Si מסומם באופן סלקטיבי אשר מתחמצן תרמית כדי לגדל תחמוצת שער SiO2 באיכות גבוהה שעליה מופקדת אלקטרודת שער מתכת. לאחרונה הוכח כי השימוש בערימה של תחמוצות שער יכול להועיל3 . בעוד שתקני התעשייה הנוכחיים הגיעו לגדלים מינימליים של מאפיינים עבור אורכי שערים מתחת ל-20 ננומטר, מתברר יותר ויותר שברמה זו של מזעור, תופעות מכניות קוונטיות מזיקות נכנסות לתמונה שעלולות לסבך עוד יותר את הקטנת קנה המידה4.
באופן מדהים, סיליקון הוא גם חומר מארח מצוין לניצול התכונות הקוונטיות של מטען האלקטרונים וספין5. זה הרחיב את טווח היישום שלו לתחומים חדשים לחלוטין כמו מחשוב קוונטי6 ומטרולוגיה חשמלית קוונטית7. ביןשאר הגישות 5, השימוש בטכנולוגיית MOS מרובת שערים8,9 הוביל לנקודות קוונטיות מוגדרות אלקטרוסטטית (QD) שניתן לשלוט בתפוסתן עד לרמת אלקטרוןבודד 10. בניגוד לתהליך ה-MOS הקונבנציונלי שבו יש צורך בשער אחד בלבד לכל טרנזיסטור1, QDs אלה מוגדרים באמצעות ערימה תלת-שכבתית של שערי Al/Al yOx המשמשים לצבירת אלקטרונים באופן סלקטיבי בממשק Si/SiO2, כמו גם לספק כליאה רוחבית ואנכית11.
למרות שמכשירים אלה פותחו במקור עבור יישומי מחשוב קוונטי, הם גם הראו לאחרונה ביצועים מבטיחים ככלים מטרולוגיים12,13. בתחום המטרולוגיה החשמלית הקוונטית, מטרה ארוכת שנים היא הגדרה מחדש של יחידת אמפר במונחים של המטען האלמנטרי (ה) 14. בפרט, הדגש הוא על מימוש משאבות מטען בקנה מידה ננומטרי כדי לתזמן את העברת האלקטרונים הבודדים בזמן ובדייקנות. מכשירים אלה מייצרים זרמים חשמליים קוונטיים מקרוסקופיים, I=nef, כאשר f הוא התדר של מתנד מניע חיצוני ו-n הוא מספר שלם. עד כה, הביצועים הטובים ביותר הושגו עם משאבה מבוססת GaAs על ידי הפקת זרם העולה על 150 pA עם אי ודאות יחסית של 1.2 חלקים למיליון15. לאחרונה, סיליקון MOS QDs בלטו גם ביישום משאבות אלקטרונים בודדות מדויקות ביותר הודות ליכולת לכוונן עדין את כליאת המטען13.
כאן, אנו דנים בפרוטוקול המשמש לייצור QDs של MOS סיליקון. יתר על כן, מתוארים המערך הקריוגני המשמש לבדיקת תקינות המכשירים לאחר הייצור וזה לביצוע ניסויי שאיבת מטען. לבסוף, מדווחים על מדידות מייצגות של זרם חשמלי קוונטי.

<table><tbody><tr><td>פרוסות סיליקון</td><td>TOPSIL</td><td></td><td>4 אינץ'</td></tr><tr><td>מכונת ליתוגרפיה של קרן אלקטרונים</td><td>Raith gmbh</td><td></td><td>Raith 150two</td></tr><tr><td>התנגדות קרן E&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>יישור מסכה</td><td>Quintel</td><td></td><td>Q6000</td></tr><tr><td>מפתח</td><td>Photoresist MicroChem gmbh</td><td></td><td>AZ826MIF</td></tr></tbody></table>

סיליקון מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה קוונטי נקודות לשאיבת חד אלקטרון

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

ככל שטרנזיסטורי סיליקון בייצור המוני הגיעו לקנה מידה ננומטרי, התנהגותם וביצועיהם מושפעים יותר ויותר, ולעתים קרובות מתדרדרים, על ידי השפעות מכניות קוונטיות כגון מנהור דרך סמים בודדים, פיזור באמצעות פגמים בממשק ומצבי מטען מלכודת בדידים. עם זאת, ההתקדמות בטכנולוגיית הסיליקון הראתה שניתן לרתום ולנצל את התופעות הללו לסוג חדש של אלקטרוניקה מבוססת קוונטים. בין היתר, ניתן להשתמש בטכנולוגיית סיליקון מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה (MOS) רב-שכבתיים כדי לשלוט במטען יחיד או ספין המוגבלים בנקודות קוונטיות מוגדרות אלקטרוסטטית (QD). מכשירים מבוססי QD אלה מהווים פלטפורמה מצוינת ליישומי מחשוב קוונטי ולאחרונה הוכח כי הם יכולים לשמש גם כמשאבות אלקטרונים בודדים, המהוות מקורות מדויקים של זרם קוונטי למטרות מטרולוגיות. כאן, אנו דנים בפירוט בפרוטוקול הייצור עבור QDs MOS סיליקון הרלוונטי הן ליישומי מחשוב קוונטי והן ליישומי מטרולוגיה קוונטית. יתר על כן, אנו מתארים שיטות אפיון לבדיקת תקינות המכשירים לאחר הייצור. לבסוף, אנו נותנים תיאור קצר של מערך המדידה המשמש לניסויי שאיבת מטען ומראים תוצאות מייצגות של קוונטיזציה של זרם חשמלי.

תהליך הייצור וטכניקות האפיון הניסיוניות הרלוונטיות למשאבות אלקטרונים בודדות המבוססות על נקודות קוונטיות של מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה של סיליקון.

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

המטרה הכללית של הניסוי הבא היא לייצר נקודות קוונטיות של מוליכים למחצה ממחצית מתכת על בסיס סיליקון ולהפעיל אותן כמשאבות אלקטרונים בודדות. דבר זה מושג על ידי ייצור ננו-טרנזיסטורי סיליקון באמצעות טכניקת שער רב-שכבתי, המאפשרת שליטה אלקטרוסטטית באלקטרונים בודדים הכלואים בתוך נקודות קוונטיות ומניפולציה של קצב המעבר שלהם. כשלב שני.ההתקנים המיוצרים נבדקים בטמפרטורת הליום נוזלי כדי לבחון את השלמות המבנית שלהם. התבוננות ב-Coulomb blockade במאפייני המתח-זרם מעידה על תפקוד מספק של ההתקן. התוצאות מראות כי ניתן להפעיל נקודה קוונטית כמשאבת אלקטרון בודד בפלטפורמת מדידה של mK.כאשר השקיפות של מחסום הכניסה מונעת באמצעות אות AC. הדבר בא לידי ביטוי בהופעת פלטאות זרם אופייניות. ננו-אלקטרוניקת סיליקון נמצאת בלב עידן המידע שבו כולנו חיים.באופן מרשים, סיליקון הוא גם חומר מאכסן מצוין עבור יישומים מבוססי קוונטים, כגון מחשוב קוונטי ומטרולוגיה חשמלית קוונטית. כאן ב-UNSW, פיתחנו את הטכנולוגיה להפיכת טרנזיסטורים קונבנציונליים להתקנים קוונטיים. אנו יכולים לכלוף אלקטרונים באזור זעיר בסיליקון שגודלו הוא רק כמה עשרות ננומטרים.זהו מה שאנשים מכנים נקודה קוונטית. אנו משתמשים בנקודות קוונטיות כאלה כדי ללכוד במדויק אלקטרון מהמוביל של המקור ולדחוף אותו אל מוביל הניקוז, וחזרה על תהליך זה במהירות קיצונית תשמש בעתיד ליצירת הזרם החשמלי המדויק ביותר בעולם. מטרה ארוכת שנים במטרולוגיה חשמלית היא הגדרה מחדש של יחידת הזרם החשמלי DM pair על ידי קישור ערכה לקבוע טבעי אמיתי, כגון מטען האלקטרון.הטכניקות המוצגות מסבירות כיצד לייצר ולהפעיל התקני קוונטום מסיליקון כדי ליישם קישור זה. התקנים בננו-קנה מידה המשמשים בעבודה זו מיוצרים באמצעות פרוטוקול התואם במידה רבה לתהליכי CMOs תעשייתיים. עם זאת, בניגוד להתקני CMOs סטנדרטיים, אנו מוסיפים מחסנית שערים מתכתית, המאפשרת כליאה מרחבית של אלקטרונים בודדים.הפרוטוקול שלנו מדגים כיצד לבחון ולהפעיל משאב אלקטרונים בודדים המבוסס על נקודה קוונטית. המפתח להצלחתו הוא השגת שליטה על הפוטנציאל האלקטרוסטטי של הנקודה, כמו גם על השקיפות של מחסומי המנהרה. בדרך כלל נעשה שימוש במספר אותות RF כדי להניע את ההעברה של אלקטרונים בודדים מתוך אל תוך tdot.היתרון הגדול של התקני השער הרב-שכבתיים שלנו על פני מימושים חלופיים, כגון התקני מתכת או מוליכים למחצה מסוג III-V, הוא שהשגנו שליטה מעולה על הכליאה האלקטרוסטטית של הנקודה. זה היה המפתח לדיכוי שגיאות במנגנון השאיבה. כדי ליצור שכבת תחמוצת שדה על פרוסת סיליקון, הכינו תנור חמצון בטמפרטורה של 900 °C.התחילו עם פרוסת סיליקון של שני אינץ' שנוקתה כראוי. הניחו את הפרוסה בתנור והתחילו בשלבי החמצון. שלבי החמצון נמשכים כשעה ורבע.בסיום הפעולה, הכינו שכבה של HDMS להשכבה על גבי הפרוסה (wafer) כדי להתחיל ביצירת המגעים האומיים. לשם כך, הניחו את הפרוסה על פלטה חמה בטמפרטורה של 110 degrees Celsius למשך דקה אחת. כמו כן, שפכו כ-50 milliliters של HDMS לתוך כלי זכוכית (beaker).כאשר שניהם מוכנים, הניחו את הפרוסה (wafer) ואת הכלי בתוך תא ואקום כדי לשקיע שכבה בעובי של מספר ננומטרים של HDMS על הפרוסה. לאחר הוצאת הפרוסה מתא הוואקום, העבירו אותה למורכי סיבוב (spin coater). שם, התיקו שכבה של שני עד ארבעה מיקרומטרים של פוטורזיסט (photoresist) הן בצדו האחורי והן בצדו הקדמי של הפרוסה.המשיכו בהעברת הפרוסה מהספינ-קוטר (spin coater) למקבע מסכות (mask aligner). מקמו את הפרוסה והגדירו את המסכה כדי ליצור את תבנית המגעים לתהליך זה. השתמשו באור על-סגול כדי להעביר את תבנית המגעים האוהמיים הזו לפרוסה.לאחר התבנית, העבירו את הפרוסה לפלטה חמה. בשלו את הפרוסה בטמפרטורה של 110 °C למשך דקה אחת לאחר האפייה הסופית. פתחו את הפרוסה למשך דקה עד שתי דקות ושטפו אותה במים דה-יוניזציה לפני העברתה למכשיר תג תפלזמה.בצע תעיכה בפלזמת חמצן למשך 20 דקות בלחץ של 340 Millitorr, עם הספק פליטה של 50 watt והספק חוזר של פחות מ-one watt. לאחר התעיכה בפלזמה, הכן תמיסת חומצה הידרופלואורית עם בופר ביחס של 15 ל-1 בטמפרטורה של 30 °C.בצעו תכשיט של התחמוצת למשך ארבע עד חמש דקות, בהנחה שקצב התכשיט בקצוות הוא 20 nanometers לדקה בטמפרטורה של 30 °C. בסיום, שטפו את הפרוסה במים דה-יוניים למשך חמש דקות, וייבשו את הפרוסה באמצעות חנקן יבש לפני ההמשך. לאחר מכן, הכינו כלי עם אצטון ואיזופרופנול.הסר את הפוטורזיסט על ידי טבילת הפרוסה באצטון למשך חמש דקות. לאחר מכן, שטוף אותה באיזופרופנול למשך חמש דקות נוספות. העבר את הפרוסה היבשה לתנור בטמפרטורה של 1000 °C המצויד במקור זרחן.הנח את הפרוסה בפנים תחת זרימה של גז חנקן למשך 30 עד 45 דקות, בהתאם לצפיפות הסימום הרצויה. לאחר הוצאת הפרוסה, התכונן להסרת שכבת התחמוצת המזוהמת. הכן כלי עם חומצה פלואורית מדוללת במים וכלי עם מים דאיוניים, כאשר כל אחד מהם מכיל כמות מספקת לטבילה מלאה של הפרוסה.טבול את הפרוסה בחומצה למשך שלוש עד ארבע דקות, ולאחר מכן שטוף אותה במים למשך 10 דקות. החזר את הפרוסה לתנור החמצון המוחזק בטמפרטורה של 900 מעלות. בצע את שלבי החמצון לאורך של כשעה ורבע לאחר החמצון.השלב הבא הוא יצירת משקע תחמוצת השער, שכבה בעובי של מספר ננומטרים של HDMS על גבי הפרוסה. לאחר מכן, עברו למכשיר הציפוי הסובב (spin coater) לביצוע ציפוי סובב של 2-4 מיקרומטרים של פוטורזיסט בשני צדי הפרוסה. פעם נוספת, העבירו את הפרוסה למכשיר יישור המסכות (mask aligner).חשפו את הפרוסה לאור על-סגול כדי להעביר את התבנית הנדרשת. לאחר פיתוח הפרוסה, הניחו אותה בתהליך תכסית פלזמה של חמצן למשך 20 דקות ב-340 millitorr. לאחר מכן, בצעו תכסית בתמיסת חומצה פלואורית מתוכננת ביחס של 15 ל-1 בטמפרה של 30 °C.הניחו את הפרוסה (wafer) בתמיסה למשך שלוש עד ארבע דקות, ולאחר מכן שטפו את הפרוסה במים דאיוניים למשך חמש דקות. לאחר ייבוש הפרוסה, טבלו אותה באצטון למשך חמש דקות. כדי להסיר את הפוטורזיסט (photoresist), שטפו את הפרוסה באיזופרופנול למשך חמש דקות.לאחר ייבוש הפרוסה בגז חנקן, העבירו אותה לתנור ייעודי של 800 °C והניחו אותה בתוך שלבי החמצון. התהליך אורך בין שעה לשעה ו-15 דקות, בהתאם לעובי התחמוצת הרצוי. לפני תבנית השער (gate patterning), על הפרוסה לעבור מתליזציה של מגעי המקור והניקוז וחיתוך לשבבים בודדים.שבבים אלו, שמידותיהם 10 מילימטר על שני מילימטר, כוללים גם סימני יישור עבור ליטוגרפיה באלומה אלקטרונית. תבנית שערי האלומיניום דורשת שלושה מעברים ומתחילה בציפוי ספין (spin coating). עבור כל מעבר, יש לבצע ציפוי ספין של פולימתיל methacrylate (PMMA), רזיסט מסוג 4, לעובי של 150 עד 200 ננומטר. לאחר הציפוי, העבירו את השבב לפלטה חמה בטמפרטורה של 180 מעלות צלזיוס.אפו את השבב למשך 90 שניות לפני ההמשך. כעת העבירו את השבב למכשיר ליתוגרפיה של אלומת אלקטרונים. במהלך הליתוגרפיה, השתמשו בפרמטרים שונים עבור רזולוציה גבוהה ונמוכה.זהו התבנית של פריסת ההליכה. בניסוי זה, פתחו את הרזיסט באמצעות תמיסה של isobutyl, ketone ו-isopropanol. ביחס של אחד לשלושה, טבלו את השבב בתמיסה למשך 40 עד 60 שניות.שטפו את השבב באיזופרופנול למשך 20 שניות ויבשו אותו באמצעות נשיפת חנקן. לאחר מכן, העבירו את השבב למאדה תרמי. הכינו את המכשיר לאידוי אלומיניום עבור המעבר הראשון.בצע אידוי של האלומיניום בקצב של 0.1 עד 0.4 nanometers לשנייה עד להשגת עובי יעד של 25 עד 35 nanometers. לאחר האידוי, בצע lift off של המתכת; הכן כלי עם ethyl two parone על פלטה חימום בטמפרטורה של 80 °C והשרה את השבב למשך שעה אחת. לאחר מכן, שטוף את השבב ב-isopropanol למשך שתי דקות.בצע חמצון אלומיניום על פלטה חמה בטמפרטורה של 150 °C. הנח את השבב היבש על הפלטה החמה למשך 5 עד 10 דקות. השלם את השלב הראשון על ידי ניקוי השבב, ניקוי בסבוב (spin clean), באמצעות אצטון ואיזופרופנול במהירות של 7,500 RPM למשך 30 שניות.סכימה זו מספקת סקירה כללית של הפעולות שבוצעו במעבר הראשון. במהלך מעבר שני, יש לאדות שכבת אלומיניום בעובי 45 to 65 nanometer. במעבר השלישי, יש לאדות שכבת אלומיניום בעובי 75 to 90 nanometer כדי ליצור את מבנה השער בן שלוש השכבות.על מנת לבצע את בדיקות התקינות, יש להרכיב את השבב כראוי על לוח מעגל מודפס, להרכיב שבב וליצור חיבורים חשמליים בינו לבין המעגל המודפס. לאחר מכן, הרכיבו את לוח המעגל המודפס על גבי מתאם בדיקה (dip probe). חברו את המתאם כך שיאפשר חיבור חשמלי לשערים של ההתקן.כאשר הגשש מוכן, השג כלי המכיל הליום נוזלי וטבול את הגשש באיטיות כדי למנוע התאיידות מוגברת של ההליום. סכימה זו ממחישה את החיבורים עבור בדיקת הדליפה. באמצעות האלקטרודות בטמפרטורת החדר, הארקב את כל השערים למעט שער אחד המחובר ליחידה למדידה ומקור מתח (source measure unit).בצעו סריקה של מתח יחידת המדידה (source measure unit) מאפס ועד 1.5 volts במדרגות של 0.1 volts כדי למדוד ולתעד את הזרם. אם לא מזוהה זרם, המכשיר עובר את בדיקת הדליפה. עבור הבדיקה הבאה, חברו כל שער (gate) למקור מתח DC משתנה.חברו את קו המקור ליציאת הכניסה של מגבר נעילה (lock-in amplifier). חברו בנוסף את קו הניקוז למקור מתח ה-AC המובנה של מגבר הנעילה. מדדו את מאפייני ההפעלה (turn on) על ידי העלאה הדרגתית סימולטנית של מתחי השער המופעלים על BL, br, pl, sl ו-DL, תוך השארת C one ו-C two מוארקים.יש לתעד את מאפייני ההפעלה של המכשיר. זהו עקבה לדוגמה עבור מדידה זו. לאחר מכן, יש להוריד בהדרגה את מתח השער של כל שער בנפרד כדי לתעד את מאפייני ה-pinch off שלו, כאשר במדידה זו ה-BL מורד בהדרגה.כאן מוצגים התוצאות המייצגות שלנו עבור מאפייני ה-turnon וה-pinch off בגרף. זרם ה-AC של המקור והניקוז (source drain) בערכי RMS מוצג כפונקציה של מתח השער. השערים מסומנים בסכימה.מגעי המקור והניקוז מחוברים למגבר lock-in עם עירור של 50 microvolts RMS בתדר של כ-113 hertz, והשערים מחוברים למערך סוללות מתח מודולרי שניתן לשלוט בו. שערים C one ו-C two נשמרים במתח של אפס וולט, בעוד שהשאר נשמרים במתח של שני וולט. זוהי מדידה מייצגת של זרם מקור-ניקוז המוצג בספקטרום צבעים כפונקציה של מתח הטיות מקור-ניקוז ומתח שער plunger.כאשר נוצרת נקודה קוונטית תחת שער הדחיפה (plunger gate), היא חושפת בבירור את החתימה האופיינית של חסם קולון (Coulomb blockade). ניתן להשיג שאיבה של אלקטרון בודד כאשר המכשיר מופעל בפלטפורמת מדידה בטמפרטורת מילי-קלווין המצוידת בקווי חשמל בתדר גבוה.בניסוי זה, המכשיר מופעל באמצעות שני אותי הנעה סינוסואידליים בתדר 10 megahertz במחסום הכניסה ובשער הבוכנה (plunger gate). מדרגות הזרם האופייניות בכפולות שלמות של מטען האלקטרון והתדר מהוות את החתימה של העברות מטען קוונטיות. מרבית פרמטרי התהליך המפורטים בפרוטוקול זה עשויים להשתנות בהתאם לכלי הייצור שנעשה בהם שימוש וכן לסוג מצע הסיליקון.יש לכייל ולבחון בקפידה כמויות כגון מינון החשיפה בליתוגרפיה, זמן הפיתוח, משך התעסיה או החמצון, כדי להבטיח תפוקה אמינה. במהלך זרימת תהליך הייצור, חיוני למנוע זיהום צולב בין ציוד ייצור המיועד לתהליכים שונים. כדי למנוע זאת, ברשותנו מספר כלים המוקדשים בלעדית לעיבוד סיליקון, כגון מאיידי מתכת, תנורי חמצון ואמבטי HF.התוצאות המוצגות עבור הכימות הנוכחי נלקחו בתדר הנעה גבוה יחסית של 10 megahertz, המאפשר ביצוע מהיר של כוונון הפרמטרים הניסיוניים. בפועל, רצוי להפעיל את המשאבה במאות מגה-הרץ. חשוב לציין כי הדבר דורש בדרך כלל אופטימיזציה עדינה הרבה יותר וגוזלת זמן רב יותר של הפרמטרים.בעקבות תהליך הייצור וטכניקות המדידה שנדונו בסרטון זה, הצלחנו לייצר זרם חשמלי מיקרוסקופי ברמות דיוק שיא בקרב מערכות מבוססות סיליקון. דבר זה מבטיח אפשרויות רבות להגדרה מחדש של יחידת הזרם בעתיד, בהסתמכות בלעדית על עקרונות של מכניקת הקוונטים. כעת אנו בוחנים את החלפת שערי המתכת הרגילים במכשירים שלנו בסיליקון פולי-גבישי.סביר להניח שפעולה זו מדכאת את רעש מטען הרקע שאנו צופים כעת. מטרתנו היא להשיג יציבות ודיוק משופרים של משאבת האלקטרונים. כך נוכל לעמוד בדרישות המטריולוגיות המחמירות של תקן זרם עולמי חדש.הטכניקות שהצגנו בסרטון זה מדגימות את הפוטנציאל הרב של ננו-טכנולוגיה מבוססת סיליקון עבור התקנים קוונטיים. הסיליקון מעורר עניין רב יותר ויותר כחומר המועדף עבור שאיבת מטען (charge pumping), וזאת בשל השאיפה להטמיע תקן זרם חדש באמצעות תהליכי סיליקון התואמים לתעשייה, אשר יפיקו תועלת מטכניקות האינטגרציה המבוססות היטב הזמינות כבר כעת לצורך סקילביליות של המערכת.

silicon-metal-oxide-semiconductor-quantum-dots-for-single-electron

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

אנו מתארים את ההכנה של נקודתי קוונטיות colloidal עם גודל הידרודינמית ממוזער עבור דימות פלואורסצנטי מולקולה בודדה. בהשוואה לנקודות קוונטיות קונבנציונליות, חלקיקים אלה הם בגודל דומים לחלבונים כדוריים ומותאמים לבהירות מולקולה בודדה, יציבות נגד photodegradation, והתנגדות לקשירה לא ספציפית לחלבונים ותאים.

נקודות קוונטיות קומפקטיות להדמית מולקולה בודדה

מאמר זה מציג פרוטוקול ייצור מפורט לשער שהוגדרו נקודות קוונטיות של מוליכים למחצה לרוחב על heterostructures arsenide גליום. התקני ננו אלה משמשים כדי ללכוד כמה אלקטרונים לשימוש כביטים קוונטיים בעיבוד אינפורמציה קוונטית או לניסויים אחרים Mesoscopic כגון מדידות מוליכות קוהרנטית.

Nanofabrication של השער שהוגדרו GaAs / AlGaAs נקודות קוונטיות רוחביות

עירור התהודה של נקודה קוונטית עצמית שהורכב יחיד יכולה להיות מושגת באמצעות מצב עירור אורתוגונלית למצב אוסף זריחה. נדגים שיטה באמצעות גלבו מצבי פאברי-פרו microcavity מישורי המקיפים את הנקודות קוונטית. השיטה מאפשרת חופש מוחלט קיטוב זיהוי.

קרינה פלואורסצנטית תהודה של נקודה InGaAs קוונטית בחלל מישורי באמצעות עירור אורתוגונלית וזיהוי

נדגים שיטה כל-אלקטרונית להתבונן תשלום ננו-נפתרה הדינמיקה של dopant אטומי סיליקון עם מיקרוסקופ מינהור סריקה.

כל-אלקטרונית ננו-נפתרה סריקה מינהור מיקרוסקופיה: הקלת החקירה של דינמיקה תשלום יחיד Dopant

כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי לקבוע את מספר הספק במוצקים באמצעות האלקטרוליט.

פקד שדה חשמלי של הברית אלקטרונית ב- WS Nanodevices2 מאת אלקטרוליט Gating

פרוטוקול זה הציג בדיית ביצועים גבוהים, טהור כחול מבוססת על ZnCdS/ZnS קוונטית נקודות דיודות פולטות אור על ידי העסקת קטודית אלומיניום של autoxidized.

הזרקה משופרת אלקטרון וכליאתם אקסיטון עבור טהור קוונטית-נקודה כחולה דיודות פולטות אור על ידי החדרת חלקית תחמוצת אלומיניום קטודה

מעגלים משולבים קוונטית (QICs) המורכב של מערך של הצמתים Josephson מישורי ובליסטיים (JJs) מבוסס ב0.75Ga0.25כמו גז אלקטרוני דו מימדי (2deg עלות) מוצג. שתי שיטות שונות לייצור דו מימדי (2D) JJs ו QICs נדונים ואחריו הפגנה של מדידות הובלה קוונטית בטמפרטורות sub-קלווין.

שילוב מדרגי של מעגלים קוונטית משולבים בפלטפורמת גז אלקטרונים דו מימדית

זיכרון הד השיפוע הוא פרוטוקול לאחסון מצבים קוונטיים אופטיים של אור בהרכבים אטומיים. זיכרון קוונטים הוא מרכיב מפתח של מהדר קוונטים, אשר יכול להאריך את הטווח של הפצת מפתח קוונטים. אנו מתארים את הפעולה של התכנית כאשר מיושמים בהרכב אטומי 3 ברמה.

Gradient Echo קוונטית זיכרון בחם אטומי החמקן

ספקטרוסקופיה הקיבול יחידה אלקטרונים סורקות-בדיקה מאפשרת חקר תנועת אלקטרון בודד מתחת לפני הקרקע באזורים מקומיים. מעגל אחראי לזיהוי רגיש הוא שולב מיקרוסקופ סריקת בדיקה קריוגני לחקור מערכות קטנות של אטומים dopant מתחת לפני השטח של דגימות מוליכים למחצה.

ספקטרוסקופיה קיבוליות חד אלקטרונים סורקות-בדיקה

טכניקה פותחה שמסירה סרטי מגע מתכת ניקל / Au מהמצע שלהם, כדי לאפשר בדיקה ואפיון של הקשר / מצע וממשקי המגע / NW של מכשירי nanowire גן אחד.

ניתוח של ממשקי מגע עבור יחיד התקני Nanowire גן

חקור את ייצור נקודות קוונטיות מסיליקון מסוג מתכת-תחמוצת-מוליך למחצה לשימוש כמשאבות אלקטרון יחיד. השיטה מאפשרת שליטה אלקטרוסטטית מדויקת באלקטרונים בודדים ומניפולציה בשיעורי העברתם.

סיליקון מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה קוונטי נקודות לשאיבת חד אלקטרון

גלה סרטונים נוספים