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Engineering

गेट से परिभाषित GaAs / AlGaAs पार्श्व क्वांटम डॉट्स की nanofabrication

Published: November 1, 2013 doi: 10.3791/50581
Automatic Translation
1, 1, 1
1Département de Physique, Faculté des Sciences, Université de Sherbrooke

Summary

इस पत्र गैलियम आर्सेनाइड heterostructures पर गेट से परिभाषित अर्धचालक पार्श्व क्वांटम डॉट्स के लिए एक विस्तृत निर्माण प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है. इन उपकरणों nanoscale क्वांटम सूचना संसाधन में या ऐसी सुसंगत चालकता माप के रूप में अन्य mesoscopic प्रयोगों के लिए क्वांटम बिट के रूप में इस्तेमाल के लिए कुछ इलेक्ट्रॉनों फंसाने के लिए उपयोग किया जाता है.

Abstract

एक क्वांटम कंप्यूटर एक शास्त्रीय कंप्यूटर पर सबसे अच्छा ज्ञात एल्गोरिदम के साथ तेजी से तेजी से कुछ समस्याओं को हल करने के लिए, इस तरह के राज्यों और उलझाव के superposition के रूप में, क्वांटम प्रभाव का लाभ लेता है कि क्वांटम बिट (qubits) से बना एक कंप्यूटर है. गेट से परिभाषित GaAs / AlGaAs पर पार्श्व क्वांटम डॉट्स एक qubit के कार्यान्वयन के लिए पता लगाया कई रास्तों में से एक हैं. ठीक से गढ़े हैं, तो इस तरह के एक उपकरण अंतरिक्ष की एक निश्चित क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों की एक छोटी संख्या में फंसाने के लिए सक्षम है. इन इलेक्ट्रॉनों की स्पिन राज्यों तब क्वांटम बिट की तार्किक 0 और 1 को लागू करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. इन क्वांटम डॉट्स की नैनोमीटर पैमाने को देखते हुए, cleanroom सुविधाओं विशेष उपकरणों, जैसे इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप और ई बीम वाष्पीकरण से कर रहे हैं उनके निर्माण के लिए आवश्यक स्कैनिंग के रूप में की पेशकश. महान देखभाल नमूना सतह की सफाई बनाए रखने के लिए और संरचना की नाजुक फाटकों हानिकारक से बचने के निर्माण की प्रक्रिया के दौरान लिया जाना चाहिए. इस पत्रएक काम युक्ति मे से गेट से परिभाषित पार्श्व क्वांटम डॉट्स की विस्तृत निर्माण प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है. लक्षण तरीकों और प्रतिनिधि परिणाम भी संक्षेप में चर्चा कर रहे हैं. इस पत्र डबल क्वांटम डॉट्स पर केंद्रित है, निर्माण की प्रक्रिया एक या ट्रिपल डॉट्स या क्वांटम डॉट्स की भी सरणियों के लिए ही रहता है. इसके अलावा, प्रोटोकॉल ऐसे सी / SiGe के रूप में अन्य substrates, पर पार्श्व क्वांटम डॉट्स के निर्माण के लिए अनुकूलित किया जा सकता है.

Introduction

यह क्वांटम एल्गोरिदम तेजी से तेजी से सबसे प्रसिद्ध शास्त्रीय एल्गोरिदम 1 के साथ तुलना में कुछ समस्याओं को हल करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है दिखाया गया है कि जब से क्वांटम सूचना विज्ञान ध्यान की एक बहुत आकर्षित किया है. यह एक दो स्तरीय प्रणाली है के बाद से एक क्वांटम बिट (qubit है) के लिए एक स्पष्ट उम्मीदवार एक क्वांटम डॉट सीमित में एक इलेक्ट्रॉन के स्पिन है. कई आर्किटेक्चर nanowires के 2, कार्बन नैनोट्यूब 3, आत्म इकट्ठे क्वांटम डॉट्स 4, और अर्धचालक खड़ी 5 और पार्श्व क्वांटम डॉट्स 6 semiconducting सहित क्वांटम डॉट्स के कार्यान्वयन के लिए सुझाव दिया गया है. GaAs में गेट से परिभाषित पार्श्व क्वांटम डॉट्स / AlGaAs heterostructures क्योंकि उनकी बहुमुखी प्रतिभा का बहुत सफल रहे हैं और उनके निर्माण की प्रक्रिया इस पत्र का ध्यान केंद्रित है.

पार्श्व क्वांटम डॉट्स में, नमूना की सतह के लिए दिशा सीधा में इलेक्ट्रॉनों का कारावास (Z दिशा) मैंs सही सब्सट्रेट का चयन करके हासिल की. GaAs / AlGaAs मॉडुलन डाल दिया गया heterostructure AlGaAs और GaAs परतों के बीच इंटरफेस तक ही सीमित एक दो आयामी इलेक्ट्रॉन गैस (2DEG) प्रस्तुत करता है. ये नमूने, मॉडुलन डोपिंग तकनीक के साथ संयुक्त है, जो एक कम अशुद्धता घनत्व प्राप्त करने के लिए आणविक बीम epitaxy द्वारा उगाई 2DEG में उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता की ओर जाता है कर रहे हैं. Heterostructure के साथ ही अपने बैंड संरचना के विभिन्न परतों का एक योजनाबद्ध चित्र 1 में दिखाया जाता है. एक उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता क्वांटम डॉट की पूरी सतह पर इलेक्ट्रॉनिक राज्यों के अनुकूल होना सुनिश्चित करने के लिए 2DEG में की जरूरत है. नीचे वर्णित निर्माण की प्रक्रिया के लिए इस्तेमाल किया सब्सट्रेट कनाडा के राष्ट्रीय अनुसंधान परिषद से खरीदी और 2.2 x 10 11 सेमी -2 और 1.69 6 x 10 सेमी 2 / Vsec की एक इलेक्ट्रॉन गतिशीलता का एक इलेक्ट्रॉन घनत्व प्रस्तुत किया गया था.

दिशाओं PARAL में इलेक्ट्रॉनों का कारावासनमूना की सतह के लिए लेल सब्सट्रेट की सतह पर धातु इलेक्ट्रोड रखकर हासिल की है. इन इलेक्ट्रोड GaAs नमूना की सतह पर जमा हो रहे हैं, Schottky बाधाओं 7 बनते हैं. इस तरह के इलेक्ट्रोड के लिए लागू नकारात्मक वोल्टेज पर्याप्त ऊर्जा के साथ ही इलेक्ट्रॉनों को पार कर सकते हैं जो नीचे 2DEG में स्थानीय बाधाओं को जन्म दे. वोल्टेज लागू नहीं इलेक्ट्रॉनों बाधा पार करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा है कि काफी नकारात्मक है जब 2DEG की कमी होती है. इसलिए, ध्यान से इलेक्ट्रोड की ज्यामिति को चुनने के द्वारा, यह नमूना के समाप्त क्षेत्रों के बीच इलेक्ट्रॉनों की एक छोटी संख्या में फंसाने के लिए संभव है. डॉट के साथ ही नमूने के बाकी हिस्सों में बिंदी और 2DEG के बीच सुरंग ऊर्जा पर इलेक्ट्रॉनों की संख्या के नियंत्रण इलेक्ट्रोड पर वोल्टेज ठीक ट्यूनिंग के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है. गेट इलेक्ट्रोड और समाप्त इलेक्ट्रॉन गैस का एक योजनाबद्ध चित्रा 2 में दिखाया गया है. बिंदी बनाने गेट संरचनाओं के लिए डिजाइन में हैबार्देल एट अल द्वारा इस्तेमाल किया डिजाइन द्वारा spired. 8

नियंत्रित करने और डॉट पर इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बारे में जानकारी बाहर पढ़ने के लिए, यह डॉट के माध्यम से वर्तमान को प्रेरित करने और मापने के लिए उपयोगी है. Readout भी 2DEG के माध्यम से एक वर्तमान की आवश्यकता है जो एक क्वांटम प्वाइंट संपर्क (QPC), का उपयोग करके किया जा सकता है. 2DEG और वोल्टेज स्रोतों के बीच संपर्क ओमिक संपर्कों द्वारा सुनिश्चित की है. ये (आंकड़े 3a और 4b देखें) एक मानक तेजी से थर्मल पानी रखना प्रक्रिया 7 का उपयोग 2DEG लिए नमूना की सतह से नीचे सभी तरह दूर तक फैला रहे हैं कि धातु पैड हैं. स्रोत और नाली के बीच शॉर्ट सर्किट से बचने के लिए, नमूना की सतह (देखें आंकड़े 3b और 4 अ) 2DEG कुछ क्षेत्रों में समाप्त हो गया है और वर्तमान में कुछ विशेष चैनल के माध्यम से यात्रा करने के लिए मजबूर कर रहा है कि इतना etched है. 2DEG अभी भी बनी हुई है जहां क्षेत्र "मेसा" के रूप में जाना जाता है.

एक GaAs / AlGaAs सब्सट्रेट पर एक गेट से परिभाषित पार्श्व क्वांटम डॉट के निम्न प्रोटोकॉल विवरण पूरे निर्माण की प्रक्रिया. गढ़े जा रहा डिवाइस भी एक सिंगल, डबल, या ट्रिपल क्वांटम डॉट या क्वांटम डॉट्स की एक सरणी है अगर यह परवाह किए बिना ही रहता है क्योंकि प्रक्रिया स्केलेबल है. जोड़ - तोड़, माप, और इस विधि का उपयोग कर निर्मित डबल क्वांटम डॉट्स के लिए परिणाम आगे वर्गों में चर्चा कर रहे हैं.

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Protocol

नीचे वर्णित निर्माण की प्रक्रिया 1.04 x 1.04 सेमी के आयामों के साथ एक GaAs / AlGaAs सब्सट्रेट पर किया जाता है. बीस समान उपकरणों के इस आकार के एक सब्सट्रेट पर निर्मित कर रहे हैं. प्रक्रिया के सभी चरणों का एक cleanroom में किया जाता है और उचित सुरक्षात्मक गियर हर समय इस्तेमाल किया जाना चाहिए. विआयनीकृत जल प्रक्रिया के दौरान प्रयोग किया जाता है, लेकिन बस के नीचे प्रोटोकॉल में "पानी" के रूप में जाना जाता है.

1. मेसा के नक़्क़ाशी

इस निर्माण के कदम का परिणाम चित्रा -4 ए में दिखाया गया है.

  1. विरोध अवांछित या कार्बनिक यौगिकों के किसी भी अंश को हटाने के लिए 2 मिनट के लिए 75 डब्ल्यू पर एक हे 2 प्लाज्मा के साथ एक प्लाज्मा आशेर में नमूना रखें.
  2. 5 मिनट प्रत्येक के लिए एसीटोन (2x) और आईपीए के साथ एक ध्वनि स्नान में नमूना साफ करें. एक संकुचित एन 2 बंदूक के साथ सूखी उड़ा. निर्माण प्रोटोकॉल के दौरान, एक ध्वनि स्नान का उपयोग करते समय, GaAs वेफर को नुकसान पहुंचाने से रोकने के लिए उच्च शक्तियों का उपयोग कर से बचनेकि फोड़ना करने की प्रवृत्ति है.
  3. सतह निर्जलीकरण के लिए कम से कम 15 मिनट के लिए 125 डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन में नमूना सेंकना. निर्जलीकरण भी कम से कम 5 मिनट के लिए 180 डिग्री सेल्सियस पर एक गर्म थाली पर नमूना रखने के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है.
  4. 115 60 के लिए डिग्री सेल्सियस सेकंड में एक गर्म थाली पर 30 सेकंड और सेंकना के लिए 3500 rpm पर शिप्ले S1818 photoresist के साथ कोट नमूना स्पिन. विरोध के परिणामस्वरूप परत के बारे में 2.5 माइक्रोन मोटी होना चाहिए. यह मोटी है और खोदना सब्सट्रेट करने के लिए कदम 1.11 में इस्तेमाल किया समाधान से बहुत कम प्रभावित होता है क्योंकि S1818 प्रयोग किया जाता है. निर्माण प्रक्रिया के दौरान, यह बाद के चरणों में आसान हटाने को सुनिश्चित करने के विरोध photoresist और ई किरण चीज़केक से बचने के लिए महत्वपूर्ण है.
  5. नमूना के बाहरी छोर पर विरोध को बेनकाब करने के लिए एक photolithographic मुखौटा aligner और एक किनारे मनका मुखौटा का प्रयोग करें. बढ़त मनका मुखौटा एक गिलास प्लेट पर एक 1 x 1 सेमी क्रोम वर्ग के होते हैं. 436 एनएम के तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश का प्रयोग करें और 15 डब्ल्यू / 2 सेमी से कम 10 सेकंड के लिए विरोध का पर्दाफाश. वाvelength और सत्ता तय कर रहे हैं और प्रयोग किया मशीन के साथ भिन्न हो सकते हैं. उचित आकार की अच्छी तरह से परिभाषित सुविधाओं को प्राप्त करने के लिए जोखिम और विकास समय समायोजित करें.
  6. विकसित 2 मिनट 10 सेकंड के लिए MF-319 में नमूना डुबो कर विरोध अवगत कराया. इस चरण के दौरान धीरे - धीरे आंदोलन. 15 सेकंड के लिए पानी में कुल्ला और एक संकुचित एन 2 बंदूक के साथ सूखी झटका. बढ़त मनका नमूना के मध्य में विरोध की एक समान मोटाई के साथ एक 1 x 1 सेमी सतह छोड़ रहा है, इस चरण के अंत में हटा दिया जाना चाहिए. बढ़त मनका बेहतर परिणाम होता है जो मुखौटा और नमूना, के बीच बेहतर संपर्क प्राप्त करने के लिए मेसा मुखौटा उजागर करने से पहले हटा दिया है.
  7. फिर भी photolithographic मुखौटा aligner का उपयोग कर, बेनकाब 15 मेगावाट / 2 सेमी से कम 7 सेकंड के लिए मेसा मुखौटा और 436 एनएम प्रकाश का उपयोग करने का विरोध.
  8. विकसित 2 मिनट 10 सेकंड के लिए MF-319 में नमूना डुबो और धीरे आंदोलन से विरोध अवगत कराया. पानी में 15 सेकंड के लिए कुल्ला और एक संकुचित एन 2 बंदूक के साथ सूखी झटका. remainin विरोधनमूना पर छ अब मेसा के आकार की है. विरोध आने वाले चरणों में दूर etched जा रहा से नमूना के इस क्षेत्र की रक्षा करेगा.
  9. पहले से उजागर क्षेत्र में विरोध के सभी निशान को दूर करने के लिए, नमूना एक प्लाज्मा आशेर में रखा गया है और 75 पर 1 मिनट के लिए एक हे 2 प्लाज्मा डब्ल्यू सामने आ रहा है
  10. एच 2 एसओ 4 के एक समाधान: एच 2 हे 2: एच 2 ओ (05:01:55) खोदना नमूना करने के लिए प्रयोग किया जाता है. एच 2 2 हे और पानी का उचित अनुपात का मिश्रण है और फिर एच 2 अतः 4 जोड़ें. यह पहली बार तैयार किया जाता है जब यह समाधान बहुत प्रतिक्रियाशील है. Overetching से बचने के लिए निम्नलिखित कदम के लिए आगे बढ़ने से पहले 20 मिनट तक प्रतीक्षा करें.
  11. कई सेकंड के लिए एसिड के घोल में डुबो और तुरंत प्रतिक्रिया को रोकने के लिए 30 सेकंड के लिए पानी में rinsing द्वारा नमूना खोदना. नमूना की सतह (से इन क्षेत्रों में कमी सुनिश्चित करने के लिए 2DEG के लिए नीचे सी dopants की परत अतीत etched और लगभग सभी तरह से किया जाना चाहिएई चित्रा 1). खोदना गहराई सब्सट्रेट के आधार पर भिन्न हो सकते हैं. आम तौर पर इस्तेमाल किया सब्सट्रेट के प्रकार के लिए, एक 34 सेकंड विसर्जन 90-100 एनएम के वांछित खोदना गहराई की ओर जाता है. हालांकि, यह 2DEG हानिकारक से बचने के overetch लिए महत्वपूर्ण नहीं है. खोदना दर समाधान में के रूप में अच्छी तरह से खोदना से पहले प्रतीक्षा समय के साथ एच 2 एसओ 4 और एच 2 के अनुपात ओ 2 के साथ दृढ़ता से भिन्न होता है, यह 5-10 सेकंड के कई immersions द्वारा नक़्क़ाशी प्रदर्शन, बजाय करने के लिए सिफारिश की है एक एकल 34 सेकंड खोदना की, और प्रत्येक खोदना के बाद एक profilometer साथ etched गहराई मापने. इस समाधान की अपेक्षाकृत धीमी गति से खोदना दर खोदना गहराई का एक अच्छा नियंत्रण के लिए अनुमति देता है. कमरे के तापमान नीचे नक़्क़ाशी समाधान शीतलक खोदना दरों को कम करने के लिए नेतृत्व कर सकते हैं. यह एक उथले खोदना है और खोदना प्रोफाइल महत्वहीन है लेकिन, जब से, अलग नक़्क़ाशी समाधान भी किया जा सकता है.
  12. 3 घंटे के लिए 65 डिग्री सेल्सियस पर 1165 रिमूवर में नमूना डुबो कर विरोध पट्टी. कुल्ला5 एसीटोन और आईपीए में प्रत्येक मिनट. एक profilometer साथ खोदना प्रोफाइल उपाय.

2. Ohmic संपर्कों का निर्माण

इस निर्माण के कदम का परिणाम चित्रा 4b में दिखाया गया है.

  1. 5 मिनट प्रत्येक के लिए एसीटोन (2x) और आईपीए में विसर्जन से एक ध्वनि स्नान में नमूना साफ करें. एक संकुचित एन 2 बंदूक के साथ सूखी उड़ा.
  2. 125 डिग्री सेल्सियस पर सतह निर्जलीकरण से 15 मिनट के लिए एक ओवन में नमूना सेंकना.
  3. 10 मिनट के लिए 150 पर एक गर्म थाली डिग्री सेल्सियस पर 30 सेकंड और सेंकना के लिए 2500 rpm पर LOR5A साथ कोट स्पिन. फिर, 60 सेकंड के लिए 110 डिग्री सेल्सियस पर एक गर्म थाली पर 30 सेकंड और सेंकना के लिए 5000 rpm पर S1813 के साथ कोट स्पिन. परिणामस्वरूप विरोध की मोटाई ~ 600 एनएम और क्रमशः ~ 1.3 माइक्रोन, कर रहे हैं. विरोध की दो परतों 2.10 कदम में जमा हो जाएगा कि धातु की लिफ्ट बंद सुविधाजनक बनाने के लिए उपयोग किया जाता है.
  4. एक photolithographic मुखौटा aligner और बढ़त मनका मुखौटा का प्रयोग, बाहरी एड पर विरोध बेनकाब15 मेगावाट / 2 सेमी से कम 10 सेकंड के लिए 436 एनएम प्रकाश के साथ नमूना के जीई.
  5. का विकास सुचारू रूप से आंदोलन करते हुए 2 मिनट 10 सेकंड के लिए MF-319 में नमूना डुबो कर विरोध अवगत कराया. 15 सेकंड के लिए पानी में कुल्ला और एक संकुचित एन 2 बंदूक के साथ सूखी झटका.
  6. फिर भी ओमिक संपर्क मुखौटा साथ photolithographic मुखौटा aligner, लेकिन इस समय का उपयोग कर, सफाई से बुने मेसा पर ओमिक संपर्कों के लिए पैटर्न संरेखित. 15 मेगावाट / 2 सेमी से कम 6 सेकंड के लिए 436 एनएम प्रकाश के साथ बेनकाब.
  7. सुचारू रूप से आंदोलन करते हुए 2 मिनट 10 सेकंड के लिए MF-319 में विरोध का विकास करना. 15 सेकंड के लिए पानी में कुल्ला और एक संकुचित एन 2 बंदूक के साथ सूखी झटका. ओमिक संपर्कों को जमा किया जाएगा जहां क्षेत्रों में विरोध नहीं रह गया है. डेवलपर के विरोध के ऊपर परत के नीचे एक काटकर छोड़ रहा है, तेजी S1813 से LOR 5A घुल. विरोध में इस प्रोफाइल विरोध के किनारों पर दीवारें बनाने से धातु (2.10 कदम में जमा हो जाएगा कि) को रोकता है और एक आसान remova भी इजाजत नहीं दी जाएगीशेष के एल विरोध और अवांछनीय धातु.
  8. पहले से उजागर क्षेत्र में विरोध के सभी निशान को दूर करने के लिए, एक प्लाज्मा आशेर में नमूना जगह है और यह नमूना प्लाज्मा में भी लंबे समय के लिए बैठते हैं महत्वपूर्ण नहीं है 75 डब्ल्यू पर 1 मिनट के लिए एक हे 2 प्लाज्मा को बेनकाब क्योंकि के बारे में 75 एनएम / विरोध के न्यूनतम इस कदम के दौरान etched है.
  9. 30 सेकंड के लिए एच 2 ओ (1:5) और 30 सेकंड के लिए पानी में rinsing: अतः 4 एच 2 के एक समाधान में नमूना डुबो कर GaAs देशी ऑक्साइड निकालें. एक संकुचित एन 2 बंदूक के साथ सूखी उड़ा. 2.10 कदम के रूप में जल्द से जल्द reappearing से देशी ऑक्साइड को रोकने के लिए किया जाना चाहिए.
  10. नी के 25 एनएम, जीई के 55 एनएम, और Au के 80 एनएम जमा करने के लिए एक ई बीम बाष्पीकरण का प्रयोग करें. जमा दरों में क्रमश: 0.2 एनएम / सेक, 0.5 एनएम / सेकंड और 0.5 एनएम / सेक रहे हैं. जमा दरों वाष्पीकरण समय टी की मोटाई की शुद्धता कम करने के लिए के रूप में इतनी कम होने के बिना कक्ष गर्म करने से बचने के लिए काफी कम है ताकि चुने जाते हैंवह परत जमा है. यह 9 उपलब्ध है अगर जीई और Au के बाईलेयर गलनक्रांतिक GeAu की एक परत से बदला जा सकता है.
  11. पिछले चरण नमूना की पूरी सतह पर धातु जमा. विरोध पर जमा किया जाता है कि धातु के हटाने के बाद के भंग द्वारा किया जाता है. ऐसा करने के लिए, 3 घंटे के लिए 65 डिग्री सेल्सियस पर 1165 रिमूवर में नमूना विसर्जित कर दिया. अपने दम पर उठा लिया है नहीं हो सकता है कि किसी भी अवांछित धातु निकालने के लिए, हल्के गर्म पदच्युत के साथ नमूना की सतह स्प्रे करने के लिए एक पिपेट का उपयोग करें. 5 मिनट प्रत्येक के लिए एसीटोन और आईपीए में नमूना कुल्ला.
  12. गठन गैस में एक तेजी से थर्मल पानी रखना प्रक्रिया नमूना की 2DEG को जमा धातु नीचे फैलाना प्रयोग किया जाता है. तापमान डिग्री सेल्सियस / सेकंड 415 के तापमान डिग्री सेल्सियस तक पहुँच जाता है जब तक 50 की दर से वृद्धि हुई है. नमूना 20 सेकंड के लिए इस तापमान पर छोड़ दिया जाता है और फिर तेजी से ठंडा हो जाता है. अवधि और पानी का तापमान कम से कम ओमिक संपर्कों के माध्यम से छोटी प्रतिरोध प्राप्त करने के लिए चुना जाता हैतापमान. इष्टतम पानी रखना समय सब्सट्रेट में 2DEG की गहराई के आधार पर भिन्न हो सकते हैं.

3. तिवारी / एयू Schottky का निर्माण बिक्रीसूत्र

इस निर्माण के कदम का परिणाम चित्रा 4C में दिखाया गया है.

  1. 5 मिनट प्रत्येक के लिए एसीटोन (2x) और आईपीए में विसर्जन से एक ध्वनि स्नान में नमूना साफ करें. एक संकुचित एन 2 बंदूक के साथ सूखी उड़ा.
  2. 125 डिग्री सेल्सियस पर सतह निर्जलीकरण से 15 मिनट के लिए एक ओवन में नमूना सेंकना.
  3. 90 सेकंड के लिए 180 डिग्री सेल्सियस पर एक गर्म थाली पर 30 सेकंड और सेंकना के लिए 5000rpm पर कोट PMMALMW4% स्पिन. फिर, 180 डिग्री सेल्सियस 90 के लिए सेकंड में एक गर्म थाली पर 30 सेकंड और सेंकना के लिए 5000 rpm पर कोट PMMA HMW 2% स्पिन. परिणामस्वरूप विरोध की मोटाई ~ 75 एनएम और ~ 40 एनएम, क्रमशः रहे हैं. तिवारी / एयू सुराग बहुत पतली हो जाएगा, PMMA की एक परत का इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन कताई, जोखिम और विकास के मापदंडों के परिणाम में समायोजित करने की आवश्यकता होगी. यह टिप्पणी भी टी पर लागू होता हैवह अल जाता है और द्वार (4 कदम).
  4. ई बीम प्रक्रिया: प्रक्रिया का यह हिस्सा इस्तेमाल किया है और प्रोटोकॉल के इस तरह नीचे वर्णित एक से बहुत अलग कर सकते हैं आवश्यक उपकरणों पर निर्भर है. सुराग के लिए पैटर्न एक सीएडी फ़ाइल में तैयार कर रहे हैं. इस फाइल में, सुराग 2 माइक्रोन चौड़े हैं कि बंद बहुभुज के रूप में तैयार किया जाना चाहिए. सुराग अल फाटकों (चरण 4 में निर्मित) के संबंध पैड (चरण 5 में गढ़े) से संपर्क करने के लिए आवश्यक हैं. चार संरेखण के निशान भी तिवारी / एयू Schottky पर अल जाता है और द्वार की खड़ी, क्षैतिज, और घूर्णी संरेखण ओर जाता है की अनुमति से अवगत कराया जाना चाहिए.
    1. ई बीम लिथोग्राफी करने के लिए सुसज्जित है कि एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM) में नमूना रखें. बीम स्थान आकार को कम करने और पहले से निर्मित संरचनाओं पर संरेखण के दौरान एक अच्छा विपरीत सुनिश्चित करने के लिए 10 केवी के लिए त्वरण वोल्टेज स्थापित करने के लिए 10 माइक्रोन की एक एपर्चर का उपयोग करें. ध्यान, stigmatism, और एपर्चर संरेखण समायोजित करें.एक फैराडे कप के साथ मौजूदा बीम उपाय.
    2. पहले से etched मेसा के साथ बीम संरेखित और 300X के लिए बढ़ाई सेट.
    3. सुराग का खुलासा. SEM के संपर्क में डॉट्स की एक सरणी के साथ उन्हें भरने की इच्छा के क्षेत्रों का पर्दाफाश करने के लिए प्रोग्राम है. इन बिंदुओं के बीच की दूरी (केंद्र के लिए केंद्र की दूरी) 5.5 एनएम है और खुराक 43 μC / 2 सेमी (जोखिम समय कदम 3.5.1 में मापा किरण वर्तमान पर निर्भर करेगा) है. चरण 4 में तिवारी / एयू नेतृत्व के साथ अल फाटक के संरेखण की अनुमति देने के साथ ही संरेखण के निशान बेनकाब.
    4. नमूना पर 20 उपकरणों में से प्रत्येक के लिए कदम 3.5.2 और 3.5.3 दोहराएँ.
  5. आईपीए में नमूना डुबो कर विरोध का विकास: 30 सेकंड के लिए एच 2 ओ (9:1). समाधान 20 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर होना चाहिए 30 सेकंड के लिए पानी में कुल्ला और एक संकुचित एन 2 बंदूक के साथ सूखी झटका. MIBK समाधान और प्रतिक्रिया को रोकने के लिए आईपीए में rinsing: अगर पसंद है, PMMA, एक आईपीए का उपयोग कर विकसित किया जा सकता है विरोध. एक अलग घयह विकल्प चुना जाता है अगर evelopment के समय की जरूरत होगी.
  6. एक प्लाज्मा आशेर में नमूना प्लेस और ई किरण प्रक्रिया के दौरान गठन खाइयों के तल पर छोड़ा विरोध नहीं है कि वहाँ इस विरोध की एनएम 5 को निकालता है और यह सुनिश्चित करता है 50 डब्ल्यू पर 4 सेकंड के लिए एक हे 2 प्लाज्मा को बेनकाब.
  7. अतः 4 एच 2 के एक समाधान में नमूना डुबो कर GaAs देशी ऑक्साइड निकालें: 30 सेकंड के लिए एच 2 ओ (1:5) और 30 सेकंड के लिए पानी में कुल्ला. एक संकुचित एन 2 बंदूक के साथ सूखी उड़ा. चरण 3.8 जितनी जल्दी हो सके reappearing से देशी ऑक्साइड को रोकने के लिए किया जाना चाहिए.
  8. दोनों 0.1 एनएम / सेकंड की दर से, तिवारी और Au के 20 एनएम के एक ई बीम बाष्पीकरण और जमा 10 एनएम में नमूना रखें. नमूना धारक अच्छी तरह से जमीन और जमाव प्रक्रिया के दौरान नमूने पर जमते से आरोपों को रोकने के लिए स्रोत से कम से कम 60 सेमी की दूरी पर रखा जा करने के लिए यह महत्वपूर्ण है.
  9. 65 में 1165 रिमूवर में नमूना डुबो ° से लिफ्ट बंद अतिरिक्त धातुसी 15 मिनट के लिए. अपने दम पर उठा लिया है नहीं हो सकता है कि किसी भी अवांछित धातु निकालने के लिए, हल्के गर्म पदच्युत के साथ नमूना की सतह स्प्रे करने के लिए एक पिपेट का उपयोग करें. 5 मिनट प्रत्येक के लिए एसीटोन और आईपीए में कुल्ला.

4. अल Schottky बिक्रीसूत्र और गेट्स का निर्माण

इस निर्माण के कदम का परिणाम चित्रा 4d में दिखाया गया है.

अल Schottky का निर्माण होता है और इन डॉट को परिभाषित कि द्वार हैं क्योंकि फाटक निर्माण की प्रक्रिया का सबसे महत्वपूर्ण कदम का गठन किया. यह इलेक्ट्रॉन बीम अच्छी तरह से ध्यान केंद्रित किया है और वर्तमान किरण अच्छी तरह से 4.2 कदम में समायोजित किया जाना जरूरी है. जोखिम और विकास समय भी अच्छी तरह से छोटे, सतत और अच्छी तरह से परिभाषित फाटक प्राप्त करने के लिए समायोजित किया जाना चाहिए. कई प्रोटोकॉल में, इन फाटकों और सुराग तिवारी / Au में निर्मित कर रहे हैं और चरण 3 के दौरान पिछले नेतृत्व के साथ एक साथ सामने आ रहे हैं. हालांकि, अल का उपयोग करने का एक फायदा यह ऑक्सीकरण जा सकता है कि Theref हैअयस्क इतनी बड़ी इन्सुलेट परत 10 की आवश्यकता के बिना नमूना की सतह पर सीधे जमा किया जा शीर्ष द्वार के रूप में तत्वों के लिए अनुमति देता है.

  1. 3.4.2 के लिए कदम 3.1 दोहराएँ. तिवारी / एयू सुराग हानिकारक से बचने के लिए नमूना सफाई हालांकि, जबकि ध्वनि स्नान का उपयोग नहीं करते.
  2. ई बीम प्रक्रिया: अल जाता है और फाटक के लिए पैटर्न एक सीएडी फ़ाइल में तैयार कर रहे हैं. अल सुराग तिवारी / एयू अल फाटक की ओर जाता है संपर्क करने के लिए उपयोग किया जाता है और 200 एनएम की चौड़ाई के साथ बंद बहुभुज के रूप में तैयार कर रहे हैं. अल फाटकों लेकिन बहुभुज के रूप में तैयार की, बल्कि के रूप में दो ही लाइनें 20 एनएम से अलग नहीं कर रहे हैं.
    1. किरण मेसा के साथ गठबंधन किया गया है एक बार, 1500 एक्स के लिए बढ़ाई सेट और तिवारी / एयू Schottky साथ बीम ओर जाता संरेखित.
    2. सुराग का खुलासा. 43 μC / 2 सेमी और 3.3 एनएम के एक केंद्र के लिए केंद्र दूरी की एक खुराक का उपयोग करें.
    3. फाटक बेनकाब. 0.149 नेकां / सेमी और 1.1 एनएम के एक केंद्र के लिए केंद्र दूरी की एक लाइन खुराक का उपयोग करें. यह एक को बढ़ावा मिलेगा60 एनएम के अंतिम गेट चौड़ाई.
    4. 4.2.3 नमूना पर 20 उपकरणों में से प्रत्येक के लिए - कदम 4.2.1 दोहराएँ.
  3. 3.7 - कदम 3.5 दोहराएँ.
  4. 0.3 एनएम / सेकंड की दर से अल का एक ई बीम बाष्पीकरण और जमा 30 एनएम में नमूना रखें.
  5. कदम 3.10 दोहराएँ. यह छोटा सा अल फाटक को नुकसान पहुँचाए से बचने के लिए यह कदम आगे से नमूने के साथ बहुत ही नाजुक होने के लिए महत्वपूर्ण है.

5. Schottky की ओर जाता है और संबंध पैड का निर्माण

इस निर्माण के कदम का परिणाम चित्रा 4e में दिखाया गया है.

  1. कदम 2.1 दोहराएँ - Schottky के लिए एक photolithographic मास्क का उपयोग, 2.9 के बजाय ओमिक पैड के लिए मुखौटा की ओर जाता है.
  2. तिवारी और 0.3 एनएम / सेकंड और 1 एनएम / सेक क्रमशः की दरों पर Au के 350 एनएम के एक ई बीम बाष्पीकरण और जमा 30 एनएम में नमूना रखें. यह थी की तुलना में फाड़ कम होने का खतरा है क्योंकि जमा एयू की मोटी परत नमूना धारक को नमूना के संबंधों की सुविधाnner परतों.
  3. लिफ्ट बंद अतिरिक्त धातु और शेष 3 घंटे के लिए 65 डिग्री सेल्सियस पर 1165 रिमूवर में नमूना डुबो कर विरोध. अपने दम पर उठा लिया है नहीं हो सकता है कि किसी भी अवांछित धातु निकालने के लिए, हल्के गर्म पदच्युत के साथ नमूना की सतह स्प्रे करने के लिए एक पिपेट का उपयोग करें. 5 मिनट प्रत्येक के लिए एसीटोन और आईपीए में नमूना कुल्ला.

6. नमूने की dicing

  1. 125 डिग्री सेल्सियस पर सतह निर्जलीकरण से 15 मिनट के लिए एक ओवन में नमूना सेंकना.
  2. 1 मिनट के लिए 115 डिग्री सेल्सियस पर एक गर्म थाली पर 30 सेकंड और सेंकना के लिए 3500 rpm पर S1818 के साथ कोट स्पिन. विरोध की इस परत की मोटाई यह dicing दौरान नमूना की सतह की रक्षा के लिए काफी मोटी है के रूप में लंबे समय के रूप में महत्वहीन है.
  3. नमूना के ऊपर और नीचे के चेहरे पर टेप dicing की एक परत रखें. शीर्ष चेहरे पर टेप की परत dicing दौरान डिवाइस के लिए सुरक्षा के एक अतिरिक्त परत प्रदान करता है.
  4. एक पासा खेलनेवाला में नमूना चेहरा ऊपर रखें. Dicing द्वारा व्यक्तिगत उपकरणों में नमूना कटटेप dicing के नीचे की परत के माध्यम से काटने के बिना शीर्ष dicing टेप की परत और GaAs / AlGaAs वेफर के माध्यम से सभी तरह.
  5. Dicing टेप निकालें और सुरक्षात्मक कुछ मिनट के लिए एसीटोन में नमूना रखकर विरोध. धीरे अपने दम पर उठा नहीं है कि dicing टेप के टुकड़े खींच करने के लिए चिमटी का प्रयोग करें. आईपीए में उपकरणों कुल्ला और एक एन 2 बंदूक का इस्तेमाल सूखी झटका.

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Representative Results

ऊपर वर्णित प्रक्रिया में महत्वपूर्ण कदमों में से एक मेसा (चरण 1) की नक़्क़ाशी है. यह overetching परहेज 2DEG नीचे दूर करने के लिए पर्याप्त खोदना करने के लिए महत्वपूर्ण है. इसलिए, यह GaAs / AlGaAs नमूना पर खोदना प्रदर्शन से पहले नक़्क़ाशी समाधान का परीक्षण करने के लिए एक थोक GaAs डमी नमूना उपयोग करने के लिए सिफारिश की है. GaAs / AlGaAs heterostructure की खोदना दर GaAs की तुलना में बड़ा है, लेकिन डमी की नक़्क़ाशी समाधान अधिक या कम प्रतिक्रियाशील सामान्य से अधिक है और वास्तविक नमूना की खोदना समय के अनुसार समायोजित किया जा सकता है या नहीं करने के लिए एक संकेत दे सकते हैं.

उपकरणों निर्मित किया गया है एक बार, वे चांदी epoxy का उपयोग एक नमूना धारक से जुड़ी होने के लिए तैयार हैं. नमूना के संबंध पैड और नमूना धारक के कनेक्शन पिन के बीच तार जुड़ 25 माइक्रोन अल तार का उपयोग किया जाता है. उन्हें हानिकारक का खतरा है क्योंकि यह एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM) में उपकरणों का अवलोकन करने से बचने के लिए सबसे अच्छा है. बजायकाफी उच्च तापमान (~ 4 कश्मीर) में किया जा सकता है और फाटक के आगे कोई भी लक्षण वर्णन के लिए एक कमजोर पड़ने रेफ्रिजरेटर में नमूना ठंडा करने से पहले टूट या याद कर रहे हैं पुष्टि करने के लिए अनुमति देते हैं कि साधारण परीक्षण कर रहे हैं. इन परीक्षणों में से एक दो ओमिक संपर्कों के बीच एक वोल्टेज पूर्वाग्रह लागू करने और फाटक की एक जोड़ी पर लागू वोल्टेज के एक समारोह के रूप में नमूना के माध्यम से संचालित वर्तमान को मापने में होते हैं. इस तरह के माप का एक उदाहरण चित्रा 5 में दिखाया गया है. चित्रा 5 में घटता दो अलग सरकारों दिखा. 0 वी से -750 एम वी और दो कमी कदम प्रस्तुत करता पहले शासन पर्वतमाला: 60 एनएम विस्तृत फाटकों की कमी को इसी 200 एनएम विस्तृत होता है और के बारे में-750mV में एक की कमी के बारे में-300mV इसी में से एक. कम वोल्टेज में दूसरा शासन प्रवाहकत्त्व के परिमाणीकरण के अनुरूप कि पठारों से पता चलता है. -2V से 500mV के बीच फाटक रेंज के जोड़े के बीच चुटकी बंद अंक के लिए विशिष्ट मूल्यों. इसके अलावा, एकयह Schottky बाधा को नुकसान पहुंचा सकता है के बाद से एक गेट पर 500 या 600 एम वी के ऊपर सकारात्मक वोल्टेज लागू नहीं किया जाना चाहिए. चित्रा 5 से, यह इस विशेष नमूना के मामले में, फाटकों टीसी टीएल और टीसी टी.आर. जोड़े लगभग बराबर voltages पर वर्तमान चुटकी के बाद से ज्यामितीय समान होने की संभावना है, निष्कर्ष है कि संभव है. एक ही टीसी बीएल और टीसी बीआर जोड़े के लिए चला जाता है. हालांकि, मौजूदा अभी भी उच्च वोल्टेज के लिए टीसी और ईसा पूर्व फाटक के बीच बहती है तथ्य यह है कि ईसा पूर्व फाटक या तो टूट या लापता है कि इंगित करता है. आमतौर पर, परीक्षण उपकरणों के बारे में 50% पूरी तरह कार्यात्मक फाटकों और ओमिक संपर्क किया है.

एक उपयुक्त उपकरण पाए जाने के बाद, यह कम तापमान (<100 एम) में लक्षण वर्णन के लिए एक कमजोर पड़ने रेफ्रिजरेटर में लोड किया जा सकता है. फाटकों में से प्रत्येक पर वोल्टेज तो डबल डॉट फार्म करने के लिए समायोजित किया जाना चाहिए. यह विस्तार इस समायोजन प्रक्रिया को इस अखबार का लक्ष्य नहीं है. एक बार एक डबल डॉट एक stabili का गठन कर दिया गया हैty के चित्र डबल डॉट कुछ इलेक्ट्रॉन शासन तक पहुंच सकता है अगर जाँच करने के लिए मापा जा सकता है. यह एक छोटा सा निरंतर स्रोत नाली पूर्वाग्रह (~ 10 μV) को लागू करने से और बीएल और बीआर फाटकों पर लागू वोल्टेज के एक समारोह के रूप में डबल डॉट के माध्यम से वर्तमान को मापने के द्वारा किया जाता है. डिवाइस का डिजाइन एक प्रभारी यंत्र के रूप में कार्य करता है जो एक क्वांटम बिंदु संपर्क शामिल हैं, तो यह स्थिरता चित्र 11 की माप के लिए, बल्कि डॉट के माध्यम से वर्तमान की तुलना में, इस का उपयोग करने के लिए बेहतर है. एक मापा स्थिरता चित्र और एक आदर्श परिणाम के एक योजनाबद्ध 6 चित्र में दिखाया गया. के रूप में ट्रिपल अंक पर डबल डॉट माध्यम चित्रा 6b, वर्तमान में केवल प्रवाह में दिखाया गया है. कोई और अधिक ट्रिपल अंक स्थिरता चित्र में देखा जा सकता है जब शून्य इलेक्ट्रॉन शासन द्वार पर वोल्टेज बन कैसे नकारात्मक कोई बात नहीं, पर पहुंच गया है. हालांकि, मौजूदा अब उच्च वोल्टेज के लिए डॉट के माध्यम से प्रवाह भी सच है कि सुरंग बाधाओं कनेक्ट संकेत मिलता है कि कर सकते हैंडबल डॉट को स्रोत और नाली आईएनजी पूरी तरह से बंद चुटकी किया गया है. स्पिन नाकाबंदी कुछ इलेक्ट्रॉन शासन 12 तक पहुँच गया है कि साबित करने के लिए अलग तिहरे अंक में मापा जाता है, लेकिन डबल डॉट में इलेक्ट्रॉनों की सही संख्या प्रभारी संवेदन उपयोग कर निर्धारित किया जाना चाहिए किया जा सकता है. स्थिरता चित्र, स्पिन नाकाबंदी और प्रभारी सेंसिंग के बारे में अधिक विस्तृत जानकारी के लिए आर हैनसन एट अल देखें. 13

चित्रा 1
चित्रा 1. आणविक बीम epitaxy द्वारा विकसित एक GaAs / AlGaAs heterostructure में मौजूद परतों में से एक) अनुक्रम. ख) heterostructure के बैंड संरचना एक में दिखाया गया है). बी सी और बी वी क्रमशः चालन और संयोजक बैंड हैं. चालन बैंड फर्मी के स्तर से नीचे है जहां केवल क्षेत्र (ई च) मैंएस GaAs के 5000 के एक परत और AlGaAs के 400 एक परत के बीच पाया. यह 2DEG पाया जाता है कि यहाँ है. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .

चित्रा 2
चित्रा 2. एक डबल क्वांटम डॉट की धातु गेट इलेक्ट्रोड (अंधेरे ग्रे) के योजनाबद्ध 2DEG नारंगी में दिखाया गया है. एक GaAs / AlGaAs heterostructure के शीर्ष पर जमा और समाप्त क्षेत्रों सफेद होते हैं. काले वर्गों ओमिक संपर्कों का प्रतिनिधित्व करते हैं और तीर डॉट और क्वांटम बिंदु संपर्क (QPC) के माध्यम से वर्तमान प्रवाह दिखा. दो डॉट्स इलेक्ट्रॉनों अभी समाप्त क्षेत्र के केंद्र में रहते हैं जहां नारंगी क्षेत्रों में स्थित हैं. गेट्स बीएल और बीआर क्रमश: बाएँ और दाएँ डॉट्स पर इलेक्ट्रॉनों की संख्या को नियंत्रित करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं. ई.पू. और टीसी चोर दो बिंदुओं के बीच सुरंग बाधा trol. टीएल टी.आर. धुनों सही डॉट और नाली के बीच बाधा. जबकि स्रोत और बाएं डॉट के बीच सुरंग बाधा धुन करने के लिए प्रयोग किया जाता है बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .

चित्रा 3
चित्रा 3. (क) एक नी / जीई / एयू ओमिक संपर्क (सुनहरा आयत) के योजनाबद्ध नीचे 2DEG लिए नमूना की सतह से पानी तेजी से थर्मल से दूर तक फैला हुआ. (ख) मेसा बनाने के लिए etched है कि नमूना की सतह के पार्श्व दृश्य. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .

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4 चित्रा. निर्माण की प्रक्रिया के विभिन्न चरणों के बाद एक डबल क्वांटम डॉट डिवाइस के ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप छवियों. मेसा (चरण 1) के नक़्क़ाशी के बाद (एक) युक्ति. गहरे भूरे रंग के क्षेत्रों में अभी भी एक 2DEG पेश करते हुए. (ख) डिवाइस ओमिक संपर्कों (चरण 2) के निर्माण के बाद हल्के भूरे रंग के क्षेत्रों, इन क्षेत्रों के माध्यम से बहने से विद्युत प्रवाह को रोकने दूर etched गया है. ओमिक संपर्क सोने चौराहों हैं. (ग) तिवारी / एयू Schottky के निर्माण के बाद डिवाइस (चरण 3) होता है. सुराग छवि के केन्द्र में सफेद लाइनें हैं. (घ) अल Schottky के निर्माण के बाद डिवाइस की ओर जाता है और द्वार (4 कदम). ये छवि के केन्द्र में हरी वर्ग में पाए जाते हैं. क्वांटम डॉट्स को परिभाषित किया फाटकों की एक SEM छवि भी दिखाया गया है. (ई) डिवाइस Schottky होता है और संबंध पैड (5 कदम) के निर्माण के बाद.:/ / Www.jove.com/files/ftp_upload/50581/50581fig4highres.jpg "लक्ष्य =" _blank "> बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 5
चित्रा 5. वर्तमान फाटक के विभिन्न जोड़े पर लागू वोल्टेज के एक समारोह के रूप में नाली के लिए स्रोत से बह रही है. इलेक्ट्रॉन गैस की कमी ~ -400 एम वी पर शुरू होता है और ~ -700 एम वी पर समाप्त हो गया है. स्रोत और नाली के बीच लागू वोल्टेज पूर्वाग्रह 500 μV है और वर्तमान में एक दो बिंदु माप से मापा जाता है. सभी घटता लालकृष्ण 1.4 में लिया जाता है बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .

चित्रा 6
6 चित्रा. (क) योजनाबद्धएक QPC का उपयोग कर प्राप्त किया जाएगा कि एक आदर्श स्थिरता आरेख. लाइन्स मनाया जा सकता है जब एक डॉट पर या डॉट्स के बीच एक इलेक्ट्रॉन सुरंगों. वर्तमान डॉट के माध्यम से प्रवाह करने के लिए यह संभव है, जहां काला हलकों ट्रिपल अंक का प्रतिनिधित्व करते हैं. (ख) स्थिरता चित्र टीएल = -100 एम वी, टीसी = -350 एम वी, टी.आर. = -1080 एम वी के साथ डॉट माध्यम से बह वर्तमान को मापने के द्वारा प्राप्त किया , ई.पू. = -1160 एम वी, QPC = -600 एम वी और 10 μV का एक स्रोत नाली पूर्वाग्रह. नमूना लगभग 500 एमवी की सभी कमी और चुटकी बंद अंक बदलाव और प्रयोग 14 में तार शोर कम कर देता है जो प्रत्येक गेट पर एक वोल्टेज वी = 500 एम वी, साथ पूर्वाग्रह ठंडा था. स्थिरता चित्र के इस प्रकार के लिए, केवल ट्रिपल अंक सबसे नकारात्मक वोल्टेज के लिए यहाँ मामला है, के रूप में दिखाई जानी चाहिए रहे हैं. में दोनों (क) और (ख), संख्या (एल, आर) बीएल और बीआर पर वोल्टेज के विभिन्न मूल्यों के लिए छोड़ दिया और सही डॉट में इलेक्ट्रॉनों की संख्या का संकेतद्वार. में हरे रंग की लाइनों (ख) इलेक्ट्रॉनों की एक निरंतर संख्या के साथ क्षेत्रों को दिखाने के लिए गाइड कर रहे हैं. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .

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Discussion

ऊपर प्रस्तुत प्रक्रिया कुछ इलेक्ट्रॉन शासन तक पहुँचने में सक्षम एक डबल क्वांटम डॉट का निर्माण प्रोटोकॉल का वर्णन करता है. हालांकि, दिए गए मापदंडों इस्तेमाल उपकरणों के मॉडल और अंशांकन के आधार पर भिन्न हो सकते हैं. इसलिए, इस तरह के ई बीम और फोटोलिथोग्राफी चरणों के दौरान निवेश के लिए खुराक के रूप में मानकों के उपकरणों के निर्माण से पहले calibrated करना होगा. इस प्रक्रिया को आसानी से निर्माण करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता गेट से परिभाषित भी एक 2DEG है कि वर्तमान में इस तरह के सी / SiGe के रूप में substrates, अन्य प्रकार पर क्वांटम डॉट्स.

ऐसे खड़ी क्वांटम डॉट्स के रूप में उपकरणों, के कुछ प्रकार के लिए, डॉट को स्रोत और नाली से सुरंग बाधा निर्माण के दौरान निर्धारित कर रहे हैं और बाद में 5 अलग किया जा नहीं सकते हैं. गेट से परिभाषित पार्श्व क्वांटम डॉट्स का एक लाभ यह सुरंग डॉट के लिए बाधाओं के साथ ही डॉट्स के बीच विद्युत नियंत्रित किया जा सकता है. हालांकि, इस वजह से, ध्यान रखा जाना चाहिएडॉट परिभाषित अन्य फाटकों पर वोल्टेज की हेरफेर के दौरान इन मूल्यों को बनाए रखने के लिए.

यह कुछ इलेक्ट्रॉन शासन तक पहुँच गया है एक बार, लक्ष्य क्वांटम गणना प्रदर्शन करने के लिए डॉट पर इलेक्ट्रॉनों की स्पिन राज्यों में हेरफेर करने के लिए है, यह याद रखना महत्वपूर्ण है. Qubit के 0 और 1 के राज्यों को सफलतापूर्वक एक इलेक्ट्रॉन 15 के साथ ही अनुसूचित जनजाति 0 16 में और अनुसूचित जनजाति के दो spins के + 17 राज्यों के स्पिन राज्यों के ऊपर और नीचे में लागू किया गया है. दो qubits बीच युग्मन भी इन उपकरणों 18 का प्रयोग कर प्राप्त किया गया है. हालांकि, GaAs / AlGaAs में पार्श्व क्वांटम डॉट्स की प्रमुख कमियां की एक छोटी जुटना समय (डॉट में इलेक्ट्रॉनों की स्पिन राज्य संरक्षित है जो समय के दौरान) सब्सट्रेट बनाने परमाणुओं के परमाणु spins के साथ बातचीत के कारण होता है 19. इस तरह के रूप में सिलिकॉन सामग्री में पार्श्व क्वांटम डॉट्स की जांच (सी के लिए प्रेरित किया/ SiGe 20 heterostructures) और कार्बन (graphene, 21) परमाणु स्पिन के लिए स्वतंत्र हैं और सैद्धांतिक रूप से लंबे जुटना समय के लिए नेतृत्व की उम्मीद कर रहे हैं कि आइसोटोप है. हालांकि, इन उपकरणों के नियंत्रण के परिणाम प्राप्त करने और GaAs / AlGaAs में डॉट्स के लिए प्राप्त बाहर पढ़ने के लिए अभी तक है. GaAs / AlGaAs डबल क्वांटम डॉट्स से जुड़े वर्तमान काम भी गुंजयमान यंत्र एक माइक्रोवेव 22 और तेजी से स्पिन के आपरेशन 23 को अनुमति देने के micromagnets के एकीकरण के लिए इस उपकरण का युग्मन शामिल हैं.

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.

Acknowledgments

लेखकों के तकनीकी समर्थन के लिए माइकल Lacerte धन्यवाद. सांसद एल. वित्तीय सहायता के लिए प्रकृति एट टेक्नोलॉजीज (FRQNT) - एडवांस्ड रिसर्च (CIFAR), प्राकृतिक विज्ञान और कनाडा के इंजीनियरिंग रिसर्च काउंसिल () NSERC नवाचार के लिए कनाडा फाउंडेशन (CFI) और Fonds डे Recherche क्यूबेक के लिए कनाडा संस्थान मानता है. यहाँ प्रस्तुत डिवाइस NanoQuébec द्वारा वित्त पोषित में भाग CRN2 और IMDQ सुविधाओं में निर्मित किया गया था. GaAs / AlGaAs सब्सट्रेट राष्ट्रीय अनुसंधान परिषद कनाडा में Microstructural विज्ञान संस्थान से ZR Wasilewski द्वारा निर्मित किया गया था. जेसीएल और सीबी हे. वित्तीय सहायता के लिए CRSNG और FRQNT को स्वीकार करते हैं.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acetone - CH3COCH3 Anachemia AC-0150 67-64-1
Isopropyl Alcohol (IPA) - (CH3)2CHOH Anachemia AC-7830 67-63-0
1165 Remover MicroChem Corp G050200 872-50-4
Microposit MF-319 Developer Shipley 38460 75-59-2
Sulfuric Acid - H2SO4 Anachemia AC-8750 766-93-9
Hydrogen Peroxide (30%) - H2O2 Fisher Scientific 7722-84-1
LOR 5A Lift-off resist MicroChem Corp G516608 120-92-3
Microposit S1813 Photo Resist Shipley 41280 108-65-6
Microposit S1818 Photo Resist Shipley 41340 108-65-6
PMMA LMW 4% in anisole MicroChem Corp 100-66-3, 9011-14-7
PMMA HMW 2% in anisole MicroChem Corp 100-66-3, 9011-14-7
GaAs/AlGaAs wafer National Research Council Canada See detailed layer structure in Figure 1.
Ni (99.0%) Anachemia
Ge (99.999%) CERAC inc.
Au (99.999%) Kamis inc.
Ti (99.995%) Kurt J Lesker
Al Kamis inc.
Silver Epoxy Epoxy Technology H20E

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References

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Bureau-Oxton, C., Camirand Lemyre, J., Pioro-Ladrière, M. Nanofabrication of Gate-defined GaAs/AlGaAs Lateral Quantum Dots. J. Vis. Exp. (81), e50581, doi:10.3791/50581 (2013).

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