Кремний Металл-оксид-полупроводниковых квантовых точек для одного электрона Перекачивание

Общая цель данного эксперимента заключается в изготовлении квантовых точек на основе оксида металла на основе кремния и использовании их в качестве накачки одного электрона. Это достигается за счет изготовления кремниевых нанотранзисторов с помощью многослойной модели ходьбы, которая позволяет электростатически управлять отдельными электронами, заключенными в квантовых точках, и манипулировать скоростью их передачи. В качестве второго шага.

Изготавливаемые устройства испытывают при температуре жидкого гелия для проверки их структурной целостности. Наблюдение за охлаждением при блокаде в текущих вольт-характеристиках свидетельствует об удовлетворительных функциональных возможностях устройства. Результаты показывают, что квантовая точка может работать как накачка одного электрона в измерительной платформе Малика Кельвина.

При обеспечении прозрачности въездного шлагбаума подается сигнал переменного тока. Об этом свидетельствует появление характерных текущих плато. Кремниевая наноэлектроника находится в самом сердце информационной эпохи, в которую мы все живем.

Примечательно, что кремний также является отличным материалом для квантовых приложений, таких как квантовые вычисления и квантовая электрическая метрология. Здесь, в Университете Нового Южного Уэльса, мы разработали технологию превращения обычных транзисторов в квантовые устройства. Мы можем удерживать электроны в крошечной области силикона размером всего в несколько десятков нанометров.

Это то, что люди называют квантовой точкой. Мы используем такие квантовые точки, чтобы точно улавливать электрон от исходного провода и подталкивать его к дренажному проводу, и повторение этого процесса с огромной скоростью будет использоваться в будущем для генерации самого точного электрического тока в мире. Давней целью электрической метрологии является переопределение единицы электрического тока DM пары путем привязки ее значения к истинной константе природы, такой как заряд электрона.

Представленные методики объясняют, как производить и эксплуатировать силиконовые квантовые устройства для реализации этой связи. Наноразмерные устройства, используемые в этой работе, изготовлены с использованием протокола, в значительной степени совместимого с промышленными процессами ОКУ. Однако, в отличие от стандартных устройств ОКУ, мы добавляем металлический затворный стек, который позволяет пространственно удерживать отдельные электроны.

В нашем протоколе показано, как тестировать и эксплуатировать одноэлектронную накачку на основе квантовых точек. Ключевым ингредиентом его успеха является поиск контроля над электростатическим потенциалом точки, а также над прозрачностью туннельных барьеров. Множественные радиочастотные сигналы обычно используются для управления переносом одиночных электронов из tdot и в tdot.

Большое преимущество наших многослойных стробируемых устройств по сравнению с альтернативными реализациями, такими как металлические устройства или три пять полупроводников, заключается в том, что мы добились тонкого контроля над электростатическим удержанием точки. Это стало ключом к подавлению ошибок в механизме откачки. Чтобы создать слой полевого оксида на кремниевой пластине, подготовьте печь для окисления при температуре 900 градусов Цельсия.

Начните с правильно очищенной двухдюймовой силиконовой пластины. Поместите пластину в печь и начните этапы окисления. Этапы окисления занимают примерно один с четвертью часа.

Когда все будет готово, приготовьтесь нанести слой HDMS на пластину, чтобы начать создание омических контактов. Для этого поместите на горячую плиту при температуре 110 градусов Цельсия на одну минуту. Также налейте в стеклянный клюв около 50 миллилитров HDMS.

Когда оба будут готовы, поместите пластину и стакан в вакуумную камеру, чтобы нанести слой HDMS толщиной в несколько нанометров на пластину. После извлечения пластины из вакуумной камеры переместите ее в спин-кодер. Там. Нанесите слой фоторезиста толщиной от двух до четырех микрометров на заднюю и переднюю стороны пластины.

Продолжайте, переместив пластину из зажигателя в выравниватель маски. Расположите пластину и настройте маску, чтобы выкроить контакты для этого процесса. Используйте ультрафиолетовое излучение для переноса этой омической формы контакта на пластину.

После нанесения рисунка переместите пластину на горячую плиту. Выпекайте при температуре 110 градусов Цельсия в течение одной минуты после выпекания. Проявите пластину в течение одной-двух минут и промойте ее в деионизированной воде, прежде чем отправить на плазменное травление.

Выполните кислородное плазменное травление в течение 20 минут при температуре 340. Millitorr с падающей мощностью 50 Вт и отраженной мощностью менее одного ватта. После плазменного травления необходимо приготовить раствор фтористоводородной кислоты в соотношении 15 к одному при температуре 30 градусов Цельсия.

Травите оксид в течение четырех-пяти минут, предполагая, что скорость фронта составляет 20 нанометров в минуту при 30 градусах Цельсия. Когда закончите, промойте пластину в деионизированной воде В течение пяти минут высушите пластину феном с сухим азотом, прежде чем продолжить. Далее имеют готовые сосуды с ацетоном и изопропанолом.

Снимите фоторезист, погрузив пластину в ацетон на пять минут. После этого промойте его в изопропаноле еще пять минут. Переместите сухую пластину в печь с температурой 1000 градусов Цельсия, которая оснащена источником фосфора.

Поместите пластину внутрь с потоком газообразного азота на 30-45 минут в зависимости от желаемой плотности легирования. После восстановления пластины подготовьтесь к удалению загрязненного оксидного слоя. Имейте наготове сосуд с фтористоводородной кислотой, разведенной в воде, и сосуд с деионизированной водой, достаточный для погружения в каждую пластину.

Погрузите в кислоту на три-четыре минуты, а затем промойте ее в воде в течение 10 минут. Верните пластину в печь окисления, где она держится при температуре 900 градусов. Пройдите через этапы окисления в течение примерно одного с четвертью часа после окисления.

Следующим этапом является формирование отложения оксида походки слоя HDMS толщиной в несколько нанометров на пластине. Далее переходим к спин-кодеру спинового покрытия, от двух до четырех микрометров фоторезиста с обеих сторон пластины. Еще раз поднесите пластину к тамошнему выравнивателю маски.

Подвергните пластину воздействию ультрафиолета, чтобы передать необходимый рисунок. После проявления пластины поместите ее в кислородную плазму травления на 20 минут при давлении 340 миллиторр. Затем протравите в буферном растворе фтористоводородной кислоты в соотношении 15 к одному при температуре 30 градусов Цельсия.

Поместите пластину в раствор на три-четыре минуты, затем промойте пластину в деионизированной воде в течение пяти минут. После высыхания погрузите ее в ацетон на пять минут. Чтобы удалить фоторезист, промойте пластину в изопропаноле в течение пяти минут.

После сушки пластины в газообразном азоте отнесите ее в специальную печь с температурой 800 градусов Цельсия и поместите внутрь ступеней окисления. На это уходит от часа до 15 минут в зависимости от желаемой толщины оксида. Перед формированием модели походки пластина должна подвергнуться металлизации контактов источника и стока и нарезке на отдельные чипы.

Эти чипы размером 10 на два миллиметра также имеют юстировочные маркеры для электронно-лучевой литографии, создание рисунка алюминиевых затворов занимает три прохода и начинается со спинового покрытия. Для каждого прохода спин полиметилметакрилата увеличивается до толщины от 150 до 200 нанометров. После нанесения покрытия перенесите чип на горячую плиту при температуре 180 градусов Цельсия.

Выпекайте чипсы в течение 90 секунд, прежде чем продолжить. Теперь переместите микросхему на электронно-лучевой литограф. Во время литографии используйте разные параметры для высокого и низкого разрешения.

Это схема для раскладки походки. В этом эксперименте разрабатывают резист с помощью раствора изобутила, кетона и изопропанола. В соотношении один к трем погрузите чип в раствор на 40 – 60 секунд.

Промойте чип в изопропаноле в течение 20 секунд и высушите азотом феном. Далее поднесите чип к термическому испарителю. Приготовьтесь к испарению алюминия для первого прохода.

Испаряйте алюминий со скоростью от 0,1 до 0,4 нанометра в секунду до целевой толщины от 25 до 35 нанометров. После испарения приступайте к отрыву металла, держите наготове сосуд из этил-двух паронов на горячей плите при температуре 80 градусов Цельсия и замочите чип на один час. Далее промойте чип в изопропаноле в течение двух минут.

Выполните окисление алюминия на горячей плите при температуре 150 градусов Цельсия. Поместите сухую стружку на горячую плиту на пять-10 минут. Завершите первый проход очисткой чипа, очистите, используя ацетон и изопропанол при 7 500 об/мин в течение 30 секунд.

На этой схеме представлен обзор того, что было сделано при первом проходе. Во время второго прохода испарите слой алюминия толщиной от 45 до 65 нанометров. На третьем проходе испарите слой алюминия толщиной от 75 до 90 нанометров, чтобы получить трехслойный стек затворов.

Для проведения испытаний на целостность микросхема должна быть правильно установлена на печатной плате, смонтирована микросхема и выполнены электрические соединения между ней и печатной платой. Далее установите печатную плату на погружной щуп. Подключите щуп проводом, чтобы обеспечить электрическое подключение к воротам устройства.

Когда зонд будет готов, достаньте сосуд с жидким гелием и медленно погрузите зонд, чтобы избежать чрезмерного выкипания гелия. На этой схеме показаны соединения для испытания на герметичность. С помощью электродов комнатной температуры заземляются все затворы, кроме одного, подключенного к источнику измерительного блока.

Измерьте напряжение источника измерения с нуля до 1,5 вольт с шагом 0,1 вольта, чтобы измерить и записать ток. Если ток не обнаружен, устройство проходит тест на герметичность. Для следующего теста подключите каждый затвор к источнику переменного постоянного напряжения.

Подключите линию источника к входному порту синхронного усилителя. Также подключите дренажную линию к встроенному источнику переменного напряжения синхронного усилителя. Измеряйте характеристики включения путем одновременного увеличения напряжения затвора, подаваемого на BL, Br, pl, sl и DL, сохраняя при этом заземление C one и C 2.

Запишите характеристики включения устройства. Это образец трассировки для этого измерения. Затем уменьшите напряжение каждого затвора по отдельности, чтобы зарегистрировать его характеристики отжима там, где это измерение BL уменьшается.

Здесь наш представитель дает результаты по характеристикам включения и отщепления на графике. Среднеквадратичный расход переменного тока источника задается в зависимости от напряжения затвора. Ворота обозначены на схеме.

Контакты источника и стока подключены к синхронному усилителю с среднеквадратичным возбуждением 50 микровольт на частоте около 113 Гц, а затворы подключены к модульной стойке батареи с регулируемым напряжением. Вентиль С 1 и С 2 удерживается при ноль вольт, а остальные — при 2 вольтах. Это репрезентативное измерение тока стока источника, представленного в цветовом спектре в зависимости от смещения стока источника и напряжения плунжерного затвора.

Когда под плунжерным затвором образуется квант. Накачка на одном электроне может быть достигнута, когда устройство работает на платформе измерения температуры millikelvin, оснащенной высокочастотными электрическими линиями.

В этом эксперименте устройство приводится в движение двухсигнальным синусоидальным приводом 10 МГц на входном барьере и плунжерном затворе. Характерные плато тока при целых кратных заряде электрона и частоте являются сигнатурой квантованных переносов заряда. Большинство технологических параметров в этом протоколе могут варьироваться в зависимости от используемых инструментов изготовления, а также от типа кремниевой подложки.

Такие величины, как литография, воздействие, доза или время проявки, травление или продолжительность окисления, должны быть тщательно откалиброваны и протестированы, чтобы обеспечить надежный выход. Во время производственного процесса крайне важно избегать перекрестного загрязнения между производственным оборудованием для разных процессов. Чтобы избежать этого, у нас есть ряд инструментов, предназначенных исключительно для обработки кремния, таких как металлические испарители, печи для окисления и высокочастотные ванны.

Результаты, показанные для квантования тока, получены при относительно большой частоте возбуждения 10 МГц, для которой можно быстро выполнить настройку экспериментальных параметров. На практике желательно эксплуатировать насос на частоте в несколько сотен мегагерц. Важно отметить, что для этого обычно требуется гораздо более тонкая и трудоемкая оптимизация параметров.

Следуя процессу изготовления и методам измерения, описанным в этом видео, мы смогли генерировать микроскопический электрический ток с рекордным уровнем точности среди систем на основе кремния. Это открывает огромные перспективы для будущего переопределения единицы измерения тока, основанного исключительно на принципах квантовой механики. Пульс. В настоящее время мы рассматриваем возможность замены обычных металлических ворот в наших устройствах на поликристаллический силикон.

Это, вероятно, подавляет фоновый шум заряда, который мы наблюдаем в настоящее время. Наша цель состоит в том, чтобы в результате повысить стабильность и точность работы электронной накачки. Тогда мы будем отвечать экстремальным метеорологическим требованиям нового мирового стандарта.

Методы, которые мы представили в этом видео, демонстрируют огромный потенциал нанотехнологий на основе кремния для квантовых устройств. Кремний вызывает все больший интерес в качестве предпочтительного материала для накачки заряда, и это связано с привлекательностью внедрения нового стандарта с использованием совместимых с промышленностью кремниевых процессов, которые выиграют от очень хорошо зарекомендовавших себя методов интеграции, доступных ранее для масштабирования системы.