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Ingeniería

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

Published: June 03, 2015
doi:
10.3791/52852
, , , , ,
1School of Electrical Engineering & Telecommunications,University of New South Wales, 2QCD Labs, COMP Centre of Excellence, Department of Applied Physics,Aalto University

Summary

The fabrication process and experimental characterization techniques relevant to single-electron pumps based on silicon metal-oxide-semiconductor quantum dots are discussed.

Abstract

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by quantum mechanical effects such as tunneling through single dopants, scattering via interface defects, and discrete trap charge states. However, progress in silicon technology has shown that these phenomena can be harnessed and exploited for a new class of quantum-based electronics. Among others, multi-layer-gated silicon metal-oxide-semiconductor (MOS) technology can be used to control single charge or spin confined in electrostatically-defined quantum dots (QD). These QD-based devices are an excellent platform for quantum computing applications and, recently, it has been demonstrated that they can also be used as single-electron pumps, which are accurate sources of quantized current for metrological purposes. Here, we discuss in detail the fabrication protocol for silicon MOS QDs which is relevant to both quantum computing and quantum metrology applications. Moreover, we describe characterization methods to test the integrity of the devices after fabrication. Finally, we give a brief description of the measurement set-up used for charge pumping experiments and show representative results of electric current quantization.

Introduction

Silicon is the material of choice for most of the modern microelectronics. Its properties, combined with advanced lithographic techniques, have allowed the semiconductor industry to achieve very large-scale integration and deliver billions of transistors per chip. The metal-oxide-semiconductor (MOS) technology1 has been the key of this relentless technological progress2. In brief, it is based on a selectively doped Si substrate which is thermally oxidized to grow a high quality SiO2 gate oxide on which a metal gate electrode is deposited. Recently, it has been shown that the use of a stack of gate oxides could be beneficial3 . While present industry standards have reached minimum feature sizes for gate lengths below 20 nm, it is becoming increasingly evident that, at this level of miniaturization, detrimental quantum mechanical phenomena come into play that may complicate further downscaling4.

Remarkably, silicon is also an excellent host material to exploit the quantum properties of the electron charge and spin5. This has broadened its range of applicability to entirely new fields such as quantum computing6 and quantum electrical metrology7. Among other approaches5, the use of a multi-gate MOS technology8,9 has led to electrostatically-defined quantum dots (QD) whose occupancy can be controlled down to single-electron level10. Unlike the conventional MOS process where just one gate per transistor is needed1, these QDs are defined via a three-layer stack of Al/AlyOx gates which are used to selectively accumulate electrons at the Si/SiO2 interface, as well as provide lateral and vertical confinement11.

Although these devices had been originally developed for quantum computing applications, they have also recently shown promising performances as metrological tools12,13. In the field of quantum electrical metrology, a long-standing goal is the redefinition of the unit ampere in terms of the elementary charge (e) 14. In particular, the emphasis is on the realization of nano-scale charge pumps to clock the transfer of individual electrons timely and accurately. These devices generate macroscopic quantized electric currents, I=nef, where f is the frequency of an external driving oscillator and n is an integer. To date, the best performance has been achieved with a GaAs-based pump by yielding a current in excess of 150 pA with a relative uncertainty of 1.2 parts per million15. Recently, silicon MOS QDs have also stood out for the implementation of highly accurate single-electron pumps thanks to the capability of finely tuning the charge confinement13.

Here, we discuss the protocol used for the fabrication of silicon MOS QDs. Furthermore, the cryogenic set-up used to test the integrity of the devices after fabrication and the one to perform charge pumping experiments are described. Finally, representative measurements of quantized electric current are reported.

Protocol

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'article 3 sont effectuées dans les laboratoires de ISO6. Les conditions ambiantes sont contrôlées en permanence. Les valeurs nominales de température et d'humidité sont fixées à 20 ± 1 ° C et 55% ± 5%, respectivement. 1. microfabrication Champ Oxide Nettoyer la plaquette par immersion dans ce qui suit: gravure de piranha (10 min), désionisée (DI) de l'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'eau désionisée (5 min), fluorhydrique (HF) de l'acide dilué dans l'eau 10: 1 (10 sec), de l'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'ordre indiqué. Placer la plaquettedans le four d'oxydation à 900 ° C et d'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). Contacts ohmiques Effectuer photolithographie et gravure de l'oxyde. Déposer une couche de promoteur d'adhérence hexaméthyldisilazane (HMDS) quelques nm d'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'attendre 2 min. Spin une couche 2-4 um d'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'épaisseur souhaitée). Exposer à la lumière ultra-violette d'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. Développer pour 1-2 minutes, puis rincer à l'eau déminéralisée. </li> Effectuer gravure plasma O 2 pendant 20 min (pression = 340 mTorr, puissance incidente = 50 W; la puissance réfléchie <1 W). Oxyde gravure dans une solution d'acide HF tamponnée (15: 1, 4-5 min, gravure 20 nm / min de la vitesse à 30 ° C). Rincer à l'eau déminéralisée (5 min). Sécher avec N 2. Retirer le photorésist par immersion dans de l'acétone. Rincer à l'isopropanol (IPA), puis sécher avec N 2. 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). Enlever la couche d'oxyde contaminée avec de l'acide HF dilué dans l'eau (10: 1, 3-4 min, 40 nm / min de la vitesse de gravure à 30 ° C), rincer à l'eau déminéralisée (10 min). Oxyder comme dans 1.1.2. Oxyde de grille Répétez les étapes 1.2.1 et 1.2.2. Placez plaquette dans un four dédié à 800 ° C et d'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'épaisseur désirée d'oxyde), N 2 (15 min). Contacts ohmiques métallisation Répétez l'étape 1.2.1. Placez plaquette dans l'évaporateur à faisceau d'électrons. Évaporer 100 nm de l'aluminium à 0,2-0,5 nm / s et 5 x 10 -6 Torr. 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'IPA pendant 2 min. Sécher avec N 2. Recuit dans la formation de gaz à 400 ° C pendant au moins 15 min. 2. nanofabrication Wafer Dicing Spin toute résister sur la plaquette d'agir comme revêtement de protection (type de paramètres de polymères et de filage ne sont pas pertinentes à ce stade). Utilisez diamant pointe dicer pour couper la tranche en puces individuelles de ~ 10 x 2 mm 2. Nettoyage Faire tremper dans la NMP pendant 1 heure sur plaque chauffante à 80 ° C, puis rincer dans de l'IPA pendant 2 min. Sécher avec N 2. Effectuer gravure plasma O 2 pendant 5 min (puissance incidente = 50 W; la puissance réfléchie <1 W). Spin propre avec de l'acétone et de l'IPA (7500 rpm, 30 sec) marqueurs d'alignement de motifs Spin polyméthacrylate de méthyle (PMMA 950k) A4 résist (5,000-7,500 rpm, 30 secondes en fonction de l'épaisseur souhaitée). Épaisseur de travail typique ≈ 150-200 nm. Cuire la résine sur une plaque chauffante à 180 ° C pendant 90 sec. Effectuer la lithographie par faisceau d'électrons. Utiliser les conditions d'écriture suivantes: l'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'épaisseur. Développer le résister dans une solution de méthylisobutylcétone et de l'IPA (1: 3) pour 40-60 sec, puis rincer dans de l'IPA pendant 20 sec. Sécher avec N 2 pistolet. Endroitla puce dans l'évaporateur à faisceau d'électrons. Évaporer 15 nm de Ti et 65 nm de Pt à 0,2-0,4 nm / s et 5 x 10 -6 Torr. Soulevez le métal comme à l'étape 1.4.3. Clean puce comme dans les étapes 2.2.2-2.2.3. Porte motifs Spin résister en 2.3.1. Effectuer la lithographie par faisceau d'électrons. Utiliser les conditions d'écriture suivantes pour les fonctions à haute résolution: l'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'énergie du faisceau = 15 keV, courant de faisceau de 10 nA, dose de zone ≈ 400-600 uC / cm 2. Développer la réserve comme dans 2.3.3. Placez la puce dans l'évaporateur thermique. Al s'évaporer à 0,1-0,4 nm / s et 1-9 x 10 -6 mbar. l'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). Soulevez le métal comme à l'étape 1.4.3. Effectuer Al oxydation sur une plaque de cuisson à 150 ° C pendant 5-10 min. Clean puce à l'étape 2.2.3. Répétez les étapes 2.4.1-2.4.7 deux fois pour réaliser le 3-couche empilement de grille. 3. Dispositif d'emballage Chip Dice comme dans l'étape 2.1 Rincer les petites puces dans de l'acétone et de l'IPA résultant pendant 2 minutes. 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'argent. Chargez le PCB sur une colle de coin et de procéder au câblage. 4. Dispositif tests d'intégrité Montez le PCB contenant le dispositif câblé sur une sonde d'immersion. Câbler les lignes électriques du PCB à ceux de la sonde d'immersion. Insérez la sonde dans un récipient contenant de l'hélium liquide. Procéder lentement pour éviter excessive hélium bhuile-off. Pour chaque porte de l'appareil, connectez l'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. 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'un amplificateur lock-in, et la conduite d'évacuation à l'orifice de l'amplificateur à verrouillage d'entrée. Mesurer la source-drain conductance pour différentes configurations de tension de grille (voir Figure 4). Globalement rampe jusqu'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'appareil «Turn-sur». Individuellement rampe en bas de chaque tension de grille et enregistrer les caractéristiques de pinch-off 'les portes. Régler les tensions de grille pour définir électrostatique d'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.

Representative Results

Fabrication de périphériques Le processus de microfabrication initial (sous-section 1 du Protocole) est effectuée sur un 4-pouces haute pureté plaquette de silicium commerciale (de type n 10 12 cm -3 ≈ concentration de dopage; résistivité> 10 kΩcm; épaisseur = 310-340 um ). L'objectif est de réaliser le substrat sur lequel les électrodes de grille seront déposés. Ce substrat est constitué d'une région intrinsèque coiffé avec de l'oxyde de champ (étape 1.1), une région n + coiffé avec de l'oxyde de champ (étape 1.2), une région intrinsèque coiffé de haute qualité de l'oxyde de grille (étape 1.3), et un métallisée région n + pour contacts ohmiques (étape 1.4). Figures 1A-D illustrent les principales étapes du processus de microfabrication. Figure 1E montre une image microscopique d'un champ de substrat après microfabrication. La taille minimum pour la lithographie à ce stade est d'environ 4 um. Le SiO2 la couche d'oxyde développée à l'étape 1.1 a une épaisseur nominale de 100 nm, et est utilisé en tant que couche de passivation. Les régions de type n qui agissent comme des conducteurs ohmiques sont obtenus par diffusion de phosphore. La densité cible de dopage est d'environ 19 octobre au 20 octobre cm -3. La haute qualité de SiO 2 qui est cultivé de manière sélective pour être utilisés comme diélectrique de grille a une épaisseur nominale de 5 nm. La densité de défauts d'interface cible est <10 10 cm -2 ev -1 à mi-écart. un four triple mur dédié et délibérément construit est utilisé pour ce processus. système conçu réduire au minimum la contamination par des ions de métaux lourds alcalins mobiles, ainsi que d'empêcher l'humidité se diffuser dans chambre d'oxydation. afin former contacts électriques, plaquettes d'aluminium sont déposées évaporation faisceau d'électrons sur une partie régions type n. le processus nanofabrication (voir sous-section 2) réalisée puce substrates obtenus en découpant plaquette traitée l'étape 1. but réaliser les électrodes grille l'échelle nanométrique utilisés définir électrostatique qds mos. chaque terme produit typiquement 10-15 échantillons dispositifs complets. micrographie électronique balayage (meb) formation d'image 2 1 lot habituellement effectuée confirmer étapes lithographie ebl ont été couronnés succès. depuis imagerie sem peut injecter charges substrat ou portes métalliques causer fuites, seul petit nombre vérifiée cette manière, alors reste testé électriquement. taille stade d'environ35 nm. obtenir bonne uniformité films déposés al, métal évaporé taux plus lent quelques angströms > Les expériences sont effectuées dans une dilution en plastique réfrigérateur self-made avec une température de base d'environ 100 mK. Le cryostat se trouve dans une chambre à vide immergé dans un bain d'hélium K 4,2. Les lignes électriques sont thermalisés au pot 1 K, qui est également utilisé pour condenser la vapeur entrant 3He. Dans la chambre de mélange, le transfert endothermique d'atomes 3He de la phase 3He riche dans la phase 3He-diluée permet au système d'atteindre une température de base d'environ 100 mK. Comme le montre la Figure 5, le réfrigérateur est équipé de 20 lignes à courant continu et trois lignes de rf utilisés pour connecter les composants électroniques à température ambiante sur l'appareil à basse température. Cinq des lignes à courant continu sont des câbles THERMOCOAX et 15 sont torsadés des fils de paires de métiers à tisser. Ces lignes relient les électrodes de l'échantillon à des sources de tension à courant continu alimentés par batterie grille. diviseurs de tension à la température ambiante sont utilisés pour réduire le bruit électrique sur les portes individuelles. Les lignes de RF sont des câbles coaxiaux semi-rigides qui sont atténué de 10 dB à 4 K pour réduire le bruit thermique et dc bloqué à RT. Ces lignes sont connectées aux guides d'ondes coplanaires des tés de polarisation sur le circuit imprimé. Un faible bruit amplificateur à transimpédance et un multimètre numérique sont utilisés pour mesurer le courant généré par la pompe. Le système électronique est relié au dispositif par l'intermédiaire d'optocoupleurs alimentés par batterie pour empêcher la formation de boucles de masse. Les signaux d'excitation RF sont produits par un générateur de forme d'onde arbitraire dont la masse est isolée de celle du cryostat par l'intermédiaire d'un bloc de composant à courant continu (voir figure 5). Le PCB contient 16 lignes continues pures et 4 polarisation tee lignes utilisées pour combiner tension continue et alternative à basse température. Comme le montre la figure 3B, RC composants discrets sont utilisés pour réaliser le raccord en T (R = 100 kQ, C = 10 nF), et 50 Ω appariés guides d'ondes coplanaires intégrées sont utilisées pour la propagation des signaux à haute fréquence. e_content "> Une fois que le dispositif est à la température mK, les tensions de grille sont ajustés de sorte que l'occupation à électron unique dans la QD est atteint. En particulier, les barrières tunnel sont formées sous les portes BL et BR, et une couche d'accumulation d'électrons est induite sous portes PL, SL et DL. À cette fin, les tensions de grille de barrière sont définies ci-dessous leur tour sur des valeurs, alors que les portes d'accumulation sont polarisés à un supérieur à la tension d'allumage. De cette façon, un QD est formé sous la grille PL et son extension plane est commandé par des portes C1 et C2 dont les tensions sont maintenues au-dessous de leur mise en fonction des valeurs d'induire confinement électrostatique. Ensuite, les signaux RF sont mis sous tension pour moduler périodiquement la transparence de la barrière (s) à effet tunnel, et la électrochimique le potentiel du point. pompage à l'unité d'électrons est réalisé avec une ou deux tensions de commande sinusoïdales. Dans le cas de l'entraînement d'un signal, le signal de commande est appliqué à la porte BL à moduler le potentiel de la barrière à effet tunnel à la gauche -côté deQD. Dans le cas de l'entraînement de deux signaux, les excitations à courant alternatif sont appliqués à des grilles PL BL et pour moduler les potentiels à la fois de la gauche et la barrière QD à la même fréquence mais avec des phases et amplitudes. Ces degrés de liberté supplémentaires permettent de contrôler la direction du transfert d'électrons 13. Un processus itératif est généralement nécessaire de régler les principaux paramètres expérimentaux (par exemple, les amplitudes de signal d'attaque à haute fréquence / phase et des tensions de grille en courant continu) et à réaliser une quantification optimale de courant. Remarquez qu'aucun des deux protocoles de pompage a besoin d'un biais drain-source pour effectuer des transferts de charge. Par conséquent, les électrodes source et drain sont mis à la terre pendant le fonctionnement de la pompe. La figure 6 montre les plateaux courant caractéristique à des multiples entiers de l'ef obtenues en appliquant un deuxième signal d'entraînement sinusoïdale à la barrière d'entrée (BL) et le plongeur (PL) de grille. Ces données sont prélevés à une fréquence d'excitation relativement faible (10 MHz) pour laquelle la t Downloaded from www.vandenborre.be Régler des paramètres peut être effectuée rapidement. Dans la pratique, il est souhaitable de faire fonctionner la pompe à plusieurs centaines de MHz, ce qui nécessite généralement un paramètre d'optimisation beaucoup plus fine 13. Figure 1. microfabrication. (A) Représentation schématique des principales étapes de microfabrication. Les dessins animés ne sont pas dessinés à l'échelle. (B) Réalisation d'une région dopée pour les contacts ohmiques. (C) Réalisation d'oxyde de grille. (D) métallisation des contacts ohmiques. (E) l'image microscopique d'un champ individuel sur une puce après le procédé de microfabrication est terminée. Taille du champ est de 1,2 x 1,2 mm 2. S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure. tente "fo: keep-together.within-page =" always "> Figure 2. nanofabrication. (A) Procédé de fabrication de couches de grille individuels. Les dessins animés ne sont pas dessinés à l'échelle. (B) Le 3-couche porte nanostructure utilisés pour des expériences responsable de pompage. A gauche: image MEB d'un dispositif similaire à celui utilisé pour les mesures. Droite:. Vues en coupe schématique du dispositif à travers coupe X et Y-cut S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure. Figure 3. Connexions électriques à l'échantillon. (A) Disposition de la carte de circuit imprimé. (B) Le grossissement d'une région de la carte électronique avec une polarisation en T (à gauche) uncircuit équivalent d (à droite). (C) Une puce avec 6 champs individuels collées sur le support de la puce et des fils de connexion pour le raccordement électrique au PCB. (D) d'image microscopique d'un champ individuel après nanofabrication. L'image (E) SEM de la disposition de la porte au centre de la région d'oxyde de grille. S'il vous plaît, cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure. Figure 4. Des tests préliminaires. (A) de courant source-drain ac (Root Mean Square) en fonction de différentes tensions de grille. Traces sont mesurées avec un amplificateur lock-in avec 50 mV RMS excitation à 113.17 Hz. Pour individu tension de grille retrace les tensions de grille restants sont fixés à 2,0 V, à l'exception de V C1 = <em> V C2 = 0,0 V. (B) Carte couleur du courant source-drain en fonction de plongeur tension de grille et de source-drain la tension de polarisation. V SL = 1,5 V, V DL = 1,15 V, V BL = 0,78 V, V BR = 0,85 V, V = V C1 C2 = 0.0 V. S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure. Figure 5. Schéma lignes de la mesure mise en place. Vingt cc (vert) et trois lignes coaxiaux RF (noir) relient l'électronique RT sur le PCB. Le drain de la pompe (pourpre) est connecté à un amplificateur à transimpédance et à un multimètre numérique par l'intermédiaire d'un opto-isolateur, tandis que le contact de source (rouge) est mis à la terre. Prises de terre distinctes (indicated avec des symboles différents) sont utilisés pour l'instrumentation électronique et les lignes électriques cryostat. S'il vous plaît, cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure. Figure 6. quantification actuel. Pumped courant en fonction de V PL pour deux signaux d'entraînement sinusoïdal à f = 10 MHz appliqué aux portes BL et PL. Différence de phase = 49 °, V = V RF PL BL RF = 0,31 V pp. La position idéale des plateaux de pompage à des multiples entiers de ef sont indiqués par des lignes horizontales rouges. S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Discussion

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'exposition de lithographie ou de temps de développement, de gravure ou de la durée d'oxydation, doivent être soigneusement calibrés et testés pour assurer un rendement fiable. En outre, il est essentiel d'éviter la contamination croisée résultant de l'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'intégration bien établies et fiables pour l'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'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'empiler plusieurs couches de grille menant à un système compact et polyvalent. L'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'autres semi-conducteurs pompes 22,23.

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

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

Materials

Silicon wafers TOPSIL 4 inch
Electron-beam lithography machine Raith gmbh Raith 150two
E-beam resist  MicroChem gmbh PMMA
Photoresist MicroChem gmbh nLOF2020
Mask aligner Quintel Q6000
Photoresist developer MicroChem gmbh AZ826MIF
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Referencias

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Rossi, A., Tanttu, T., Hudson, F. E., Sun, Y., Möttönen, M., Dzurak, A. S. Silicon Metal-oxide-semiconductor Quantum Dots for Single-electron Pumping. J. Vis. Exp. (100), e52852, doi:10.3791/52852 (2015).
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