Basic Research on Silicon Quantum Computation Based on Isotope Control and Neutron Irradiation
Basic Research on Silicon Quantum Computation Based on Isotope Control and Neutron Irradiation
批准号:
13305025
负责人:
MATSUMOTO Satoru
金额:
$34.36万
依托单位:
依托单位国家:
日本
项目类别:
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份:
2001
资助国家:
日本
项目状态:
已结题
起止时间:
2001 至 2003
中文摘要
在硅基量子计算机中,^<31>P应作为量子比特分布在无自旋硅(自旋零^<28>Si或^<30>Si)中,距离约20 nm的阵列中。在本工作中,为了制备其基本器件结构,我们的目标是进行同位素控制硅层外延生长和中子辐照将^<30>Si转变为^<31>P的实验。这种在Si中分布^<31>P的方法优于离子注入技术,离子注入技术对深度具有固有的随机性。为此,首先,利用从俄罗斯Kurchatov实验室购买的富集的^<30>SiH_4,采用气源MBE法开发了几乎100% ^<30>Si的外延生长技术。因此,该无自旋硅外延层可用于硅基量子计算机的基底。利用该技术,我们成功地制备了天然Si/^<30>Si/天然Si (^<28>Si:^<29>Si:^<30>Si=92.2:4.7:3.1)同位素双异质结构,交替供应正常SiH_4和富集的^<30>SiH_4。然后,在日本原子能研究所用热中子通量1×10^<14> cm^<-2> s^<-1>辐照16h,将^<30>Si转化为^<31>P。通过精确的次级离子质谱(CAMECA-SIMS)测量,证实了^<30>Si形成^<31>P。其浓度约为5×10^<16> cm^<-3>w,与理论预测值基本一致。如果对^<29>Si/^<30>Si/^<29>Si双异质结构进行中子辐照,核自旋^<31>P将分布在无自旋硅(^<31>Si)中,将作为硅基量子计算机的基本结构。
英文摘要
In Si-based quantum computer, ^<31>P should be distributed in an array at a distance of about 20 nm in spin-free silicon (spin zero ^<28>Si or ^<30>Si) as a qubit. In the present work, in order to fabricate its basic device structure, we aim to perform the experiments on the epitaxial growth of isotopically controlled silicon layers and the transformation of ^<30>Si to ^<31>P by neutron irradiation. This method for distributing ^<31>P in Si is superior to the ion-implantation technique, which is inherently random to the depth. For this purpose, first, epitaxial growth technique of almost 100% ^<30>Si was developed by the gas source MBE method using enriched ^<30>SiH_4, which was purchased from Kurchatov laboratory, Russia. Thus this spin-free Si epitaxial layer can be available to the base for Si-based quantum computer. Using this technique, we succeeded to fabricate the natural Si/^<30>Si/natural Si (^<28>Si:^<29>Si:^<30>Si=92.2:4.7:3.1) isotope double hetero-structures by supplying alternately normal SiH_4 and enriched ^<30>SiH_4. Then, neutron irradiation was carried out to transform ^<30>Si to ^<31>P at Japan Atomic Energy Research Institute with thermal neutron flux of 1×10^<14> cm^<-2> s^<-1> for 16 h. By the precise secondary ion mass spectroscopy (CAMECA-SIMS) measurement, the formation of ^<31>P from ^<30>Si was confirmed. Its concentration was to be about 5×10^<16> cm^<-3>w, which was almost equal to the theoretically predicted value. If the neutron irradiation is performed to the ^<29>Si/^<30>Si/^<29>Si double hetero-structures, nuclear spin ^<31>P will be distributed in a spin-free silicon (^<31>Si ), which will be used as a basic structure of Si-based quantum computer.
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M.Eto: "Current-Induced Entanglement of Nuclear Spins in Quantum Dots"J.Phys.Soc.Jpn. 73. 307-310 (2004)
M.Eto:“量子点中核自旋的电流诱导纠缠”J.Phys.Soc.Jpn。
DOI:
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发表时间:
期刊:
影响因子:
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作者:
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通讯作者:
松本 智: "半導体デバイスの基礎"培風館. 236 (2003)
松本聪:《半导体器件基础》Baifukan 236 (2003)。
DOI:
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发表时间:
期刊:
影响因子:
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作者:
[]
通讯作者:
Y.Nakabayashi, H.I.Osman, K.Yokota, K.Toyonaga, S.Matsumoto, J.Murota, K.Wada, T.Abe: "Type and charge states of point defects in heavily As-and B-doped silicon"Materials Science in Semiconductor Processing. Vol.6. 15-19 (2003)
Y.Nakabayashi、H.I.Osman、K.Yokota、K.Toyonaga、S.Matsumoto、J.Murota、K.Wada、T.Abe:“重砷和硼掺杂硅中点缺陷的类型和电荷状态”材料
DOI:
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发表时间:
期刊:
影响因子:
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作者:
[]
通讯作者:
Y.Jeong: "Effects of various Hydrogenation Processes on Bias-stress-Induced Degradation in in P-channel Poly TFT"Jpn.J.Appl.Phys.. 41. 5046-5064 (2002)
Y.Jeong:“各种氢化过程对 P 沟道多晶硅 TFT 中偏置应力诱导退化的影响”Jpn.J.Appl.Phys.. 41. 5046-5064 (2002)
DOI:
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发表时间:
期刊:
影响因子:
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作者:
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通讯作者:
N.Fijiwara, K.Saito, Y.Nakabayashi, H.I.Osman, S.Matsumoto, Y.Sato: "Effect of Nitrogen segregation on TED and loss of phosphorus in CZ-Si"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Vol.B186. 313-317 (2002)
N.Fijiwara、K.Saito、Y.Nakabayashi、H.I.Osman、S.Matsumoto、Y.Sato:“氮偏析对 TED 的影响和 CZ-Si 中磷的损失”物理研究中的核仪器和方法。
DOI:
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发表时间:
期刊:
影响因子:
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作者:
[]
通讯作者:
共 52 条
Analysis of clubroot resistant genes and development of differential lines in Brassica rapa.
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批准号:23580057
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项目类别:Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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资助金额:$3.41万
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财政年份:2011
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负责人:MATSUMOTO Satoru
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依托单位:
Silicon Self-Diffusion Using Isotopically Enriched ^<28>Si Epitaxial Layers
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批准号:10305030
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项目类别:Grant-in-Aid for Scientific Research (A).
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资助金额:$25.34万
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财政年份:1998
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负责人:MATSUMOTO Satoru
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依托单位:
Control of Point Defects in Si and its Application to Process Simulation
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批准号:07455152
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项目类别:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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资助金额:$4.8万
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财政年份:1995
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负责人:MATSUMOTO Satoru
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依托单位:
SUPRESSION OF SHORT-CHANNEL EFFECT IN MOSFET WITH UV EXCIMER LASER DOPING
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批准号:05650335
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项目类别:Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
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资助金额:$1.28万
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财政年份:1993
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负责人:MATSUMOTO Satoru
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依托单位:
国内基金
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用于强磁场的位置灵敏型探测器技术研究
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批准号:11175200
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批准年份:2010
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依托单位:
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批准年份:2008
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负责人:宋振雷
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依托单位:
基于多孔硅键合氧化技术直接在绝缘体上制备无位错应变硅材料的研究
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批准年份:2007
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批准号:60606001
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项目类别:青年科学基金项目
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批准年份:2006
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