Nanoscale deterministic single ion implantation for semiconductor qubit formation

用于半导体量子位形成的纳米级确定性单离子注入

• 批准号: 22H03880
• 负责人: 佐藤 真一郎
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: National Institutes for Quantum Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H03880/
• 关键词: イオン注入; 量子ビーム科学; 量子ビット; 欠陥エンジニアリング; 照射欠陥

半導体中にドープしたP ドナーや遷移金属といった不純物原子は、その電子準位を高度に制御することによって、量子計算や量子通信に不可欠な量子ビットとして用いることができる。複数の量子ビットを操る量子デバイスを作製するためには、ナノメートルスケールの特定の位置に量子ビットを必要な数だけ配置しなければならないが、そのためには、ナノメートル精度で位置や数を高度に制御する単一イオン注入技術の開発が不可欠である。本研究では、ワイドギャップ半導体のひとつである窒化ガリウム(GaN)に対し、α 線が入射した際に発生する誘起過渡電流を解析することで、単一イオンヒット検出が可能な条件の検討をおこなった。n型GaNエピ膜に縦型ショットキーバリアダイオードを形成し、逆バイアス電圧を印加した状態で、241Am のα線(5.486 MeV)が入射した際の誘起過渡電流を検出した。誘起過渡電流はCharge Sensitive Preamplifier (CSP)およびSpectroscopic Amplifier (SA)を用いて電圧信号へと処理し、オシロスコープによって波形の出力をおこなった。その結果、逆バイアス電圧の上昇に伴い電圧信号が増加しており、作製したダイオードで単一イオンが検出できることを確認した。また、得られた信号出力の解析から、量子ビット形成に用いられるエネルギー範囲である100keV以下のイオン注入の検出が可能であることを明らかにした。次に、マイクロピンホールをつかった簡易マイクロビームの開発に加え、アルミナナノキャピラリの形状解析を行った。前者に関しては、直径1μmφ、アスペクト比50のマイクロピンホールをビームラインに設置し、簡易マイクロビーム形成実験に向けた準備を進めた。後者に関しては、多孔質アルミナの穴形状を電子顕微鏡を用いて観察し、高アスペクト比のナノキャピラリとして使用可能な箇所の選定を行った。その結果、100nmφ以下の多孔質では形状不良が多いことがわかった。

In semiconductors, the atoms and electrons of impurities are highly controlled, and quantum computing and quantum communication are highly restricted. A number of quantum devices are required to operate quantum devices at specific locations. The development of injection technology is indispensable. In this paper, we investigate the possible conditions of induced transient current in GaN (GaN) and α-ray incident semiconductors. The n-type GaN film is formed by a reverse voltage and an alpha line (5.486 MeV) of 241Am. The induced transient current is generated by the Charge Sensitive Preamplifier (CSP) and Spectroscopic Amplifier (SA). As a result, the reverse voltage increases with the voltage signal increasing, and the operation is confirmed. The analysis of the signal output and the formation of the quantum signal are possible under 100keV. Secondary, The former is related to the diameter of 1μmφ, and the latter is more than 50 μ m. The latter is related to the use of electron microscopes to detect the shape of the porous material. As a result, porous materials below 100nm have poor shape.

项目成果

Consiglio Nazionale delle Ricerche(イタリア)

Consiglio Nazionale delle Ricerche（意大利）

量子ビームを用いた半導体中の機能性欠陥の研究

利用量子束研究半导体功能缺陷

• 发表时间: 2022
• 作者: 羽島良一;全炳俊;大垣英明;佐藤 真一郎
• 通讯作者: 佐藤 真一郎

Lanthanoid Implanted GaN with Enhanced Photon Emission for Nanophotonic Applications

用于纳米光子应用的具有增强光子发射功能的镧系元素植入 GaN

• 发表时间: 2022
• 作者: Shin-ichiro Sato;Takao Oto;Shuo Li;Manato Deki;Tomoaki Nishimura;Takeshi Ohshima;Hirotaka Watanabe;Shugo Nitta;Yoshio Honda;Hiroshi Amano;Brant C. Gibson;Andrew D. Greentree
• 通讯作者: Andrew D. Greentree

都市大タンデムの現状（2022年度）

城市大学联合现状（2022）

• 发表时间: 2023
• 作者: 羽倉 尚人; 渡部 創; 佐藤 真一郎
• 通讯作者: 佐藤 真一郎

Room Temperature Photoluminescence of Lanthanoid Implanted GaN after Ultra High Pressure Annealing

超高压退火后镧系元素注入 GaN 的室温光致发光

• 发表时间: 2022
• 作者: Shin Ito;Shin-ichiro Sato;Michal Bockowski; Manato Deki; Naoto Hagura
• 通讯作者: Naoto Hagura