三次元集積化に向けたスケーラブルな積層構造シリコン量子ビットに関する研究

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本研究の目的は，シリコン量子ビットのスケーラブルな三次元集積化を目指して，積層構造の集積量子ビットを提案し，試作・実測を通してその概念を実証することである．本研究では，三次元に拡張可能な構造として，上下に量子ビットを積むシリコン積層量子ビットを提案する．シリコン積層構造集積量子ビットの作製プロセスでキーとなるプロセスは，電子ビーム露光およびドライエッチングにより微細ナノワイヤチャネル・微細ゲート電極を作製するプロセス，およびSi/SiGeエピタキシャル積層膜により上下にチャネルを複数作製するプロセスである．本年度は，電子ビーム露光とドライエッチングにより，シリコンナノワイヤチャネル上にピッチ100nm以下という極微細複数ゲート電極パターンを形成して，シリコンダブル量子ドット構造デバイスを作製することに成功した．作製デバイスの電気的特性をT=3.8Kという極低温において測定を行った結果，2つの量子ドットが隣接してカップリングしている典型的なハニカム状の電荷安定図が得られ，互いにカップリングしたシリコンダブル量子ドットが形成されていることを確認した．さらに，エピタキシャル成長したSi/SiGe積層膜においてSiGe層のみを選択エッチングすることにより，積層量子ビット作製に必要な中空構造のSi層を形成することにも成功した．本年度開発したこれらの技術を積層量子ビット作製プロセスに適用する予定である．