Grading of silicon isotope thin films using localized hydrogen functionalities for quantum computing

使用局域氢功能进行量子计算的硅同位素薄膜分级

• 批准号: 21H01808
• 负责人: 宮本 聡
• 金额: $ 10.73万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01808/
• 关键词: シリコン; 半導体; 同位体; 局在水素; 量子計算; 同位体工学; 水素

本研究では、大規模量子計算に利用するシリコン同位体薄膜の高品質化と高性能化を目指し、局在水素機能を利用して効率的な歪み緩和と極限的な界面傾斜抑制を同時達成する。シリコン量子ビットにおける制御性を決めるバレー分離を、同位体薄膜の界面制御により理論スケーリング限界に引き上げることを目指す。このために、今年度は下記の2点に注力して研究を行った。1点目は、局在水素の構造学的な分析手法における拡張と検証である。クラスター欠陥による結晶内部の格子変位から生じる電子波干渉を基にして新たな傾斜角度分布の解析手法を構築した。また水素質量分析に対して分光学的手法を拡張した昇温脱離分析法を新たに考案し、水素プロセス挙動のハイスループット実験に適用した。シリコン同位体と重水素を同時援用した3次元アトムプローブ実験については、二次イオン質量分析結果においても同様にシリコン・水素同位体の質量干渉の抑制効果が観察され、両者の比較による構造スケーリングを基にした水素局在状態の面方位の精密評価、測定バックグランドの抑制、水素複合体を含む水素閾値濃度の測定が可能となった。2点目は、同位体薄膜のバレー分離計測、及び電気的雑音を評価するデバイス構造の設計、プロセス検討、測定系整備である。極低温・強磁場環境における量子ホール状態を通してバレー分離を計測した結果、同様の試料構造に実装されたシリコン量子ビットで測定される値と同等の値が得られ、同位体薄膜の性能指標として利用可能であることが分かった。並行して局所的な電気雑音測定が可能となる汎用ゲート構造を新たに設計し、良質なゲート酸化膜の堆積方法を再検討した。高感度、高速雑音測定については分布定数回路を基本として回路設計、試作を繰り返し、必要となる高周波帯での良好な共振特性が得られた。

In this study, we aim to achieve high quality and high performance in the use of large-scale quantum computing. The quantum chemistry is controlled by the separation and interface control of the isotope film. This year's two points of attention will be paid to research. 1. The analysis method of water element tectonics The lattice position of the crystal is changed, the electron wave interference is generated, and the analysis method of the tilt angle distribution is constructed. A new method of water quality analysis is proposed. The simultaneous application of water isotope and heavy element to the three-dimensional isotope analysis results, the same analysis results, the suppression of mass interference of water element isotope, the observation of the comparison of the structure, the basic analysis of water element, the precise evaluation of the surface orientation of the state, the determination of the suppression of mass interference of water element, the determination of the surface orientation of water element, and the determination of the surface orientation of water element. The determination of threshold concentration of water element complex is possible. 2. Design, research and preparation of isotope structure, isotope separation measurement, and electrical noise evaluation The quantum state of the isotope in the environment of extremely low temperature and strong magnetic field is measured, and the same sample structure is installed. The quantum state of the isotope is measured, and the equivalent value is obtained. The performance index of the isotope thin film is utilized. A new design and a new deposition method for high-quality acidified films are discussed. High sensitivity, high speed noise measurement, basic circuit design, trial operation, high frequency band, good resonance characteristics

项目成果

Isotopically Engineered Silicon Testbeds for Advanced CMOS and Quantum Information

用于先进 CMOS 和量子信息的同位素设计硅测试台

• 发表时间: 2021
• 作者: S. Miyamoto;N. Usami;and K. M. Itoh
• 通讯作者: and K. M. Itoh

アドバンスドCMOSのための同位体援用アトムプローブ解析とTEMトラッキング観察

先进 CMOS 的同位素辅助原子探针分析和 TEM 跟踪观察

• 发表时间: 2021
• 作者: M. Homma;T. Sannomiya;宮本 聡
• 通讯作者: 宮本 聡

Microwave photoconductivity decay under gate-bias application to detect charge traps in Si-MOS devices

栅极偏置应用下的微波光电导衰减检测 Si-MOS 器件中的电荷陷阱

• 发表时间: 2021
• 作者: K. Sato;S. Miyamoto;and N. Usami
• 通讯作者: and N. Usami

Functionalization of Localized Hydrogens at Isotopically Engineered Silicon Hetero-Interface

同位素工程硅异质界面局域氢的功能化

• 发表时间: 2022
• 作者: Yukawa Ryu;Yamamoto Susumu;Arita Ren;Minami Yuki;Yamanoi Kohei;Ozawa Kenichi;Sakamoto Kazuyuki;Shimizu Toshihiko;Sarukura Nobuhiko;Matsuda Iwao;S. Miyamoto and N. Usami
• 通讯作者: S. Miyamoto and N. Usami

Atom-probe tomographic study of localized hydrogen functionalities in silicon-based thin-film heterostructures

硅基薄膜异质结构中局域氢官能团的原子探针断层扫描研究

• 发表时间: 2022
• 作者: M. Ohno;M. Uchida;Y. Nakazawa;S. Sato;M. Kriener;A. Miyake;M. Tokunaga;Y. Taguchi;and M. Kawasaki;S. Miyamoto
• 通讯作者: S. Miyamoto