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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
基于同位素控制和中子辐照的硅量子计算基础研究
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

项目摘要

项目成果

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中文摘要
翻译
在硅基量子计算机中,在无自旋硅(自旋为零的硅或自旋为30的硅)中,作为一个量子比特,^<31>P应该以大约20 nm的距离成阵列分布。在本工作中,为了制作其基本的器件结构,我们进行了同位素控制硅层的外延生长和中子辐照下^<30>Si转变为^<31>P的实验。这种在硅中分布~(31)P的方法优于离子注入技术,离子注入技术在深度上具有内在的随机性。为此,首先,采用气源分子束外延技术,利用俄罗斯库尔恰诺夫实验室生产的浓缩硅化硅,研制了几乎100%的硅单晶外延技术。因此,这种无自旋硅外延层可以用来作为硅基量子计算机的基础。利用这一技术,我们通过交替提供正常的SiH_4和富集态的SiH_4,成功地制备了天然的Si/t;30>Si/天然的Si(^<28>Si:^<29>Si:^<30>Si=92.2:4.7:3.1)同位素双异质结构。P的热中子注量为1×10^<14>-2>S^-1>16h,通过精确的二次离子质谱仪(Cameca-SIMS)测量,证实了^<31>P的形成。其浓度约为5×10~(-3)cm~(-3)w,与理论预测值基本一致。如果对硅基量子计算机的基本结构--无自旋硅(^<31>Si)进行中子辐照,则核自旋将分布在无自旋的硅中。
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.
期刊论文(53)
专著(0)
科研奖励(0)
会议论文
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: --
发表时间:
期刊:
影响因子: --
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: --
发表时间:
期刊:
影响因子: --
作者: []
通讯作者:
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: --
发表时间:
期刊:
影响因子: --
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: --
发表时间:
期刊:
影响因子: --
作者: []
通讯作者:
共 52 条
    Analysis of clubroot resistant genes and development of differential lines in Brassica rapa.
    Silicon Self-Diffusion Using Isotopically Enriched ^<28>Si Epitaxial Layers
    • 批准号:
      10305030
    • 项目类别:
      Grant-in-Aid for Scientific Research (A).
    • 资助金额:
      $25.34万
    • 财政年份:
      1998
    • 负责人:
      MATSUMOTO Satoru
    • 依托单位:
    Control of Point Defects in Si and its Application to Process Simulation
    • 批准号:
      07455152
    • 项目类别:
      Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
    • 资助金额:
      $4.8万
    • 财政年份:
      1995
    • 负责人:
      MATSUMOTO Satoru
    • 依托单位:
    SUPRESSION OF SHORT-CHANNEL EFFECT IN MOSFET WITH UV EXCIMER LASER DOPING
    • 批准号:
      05650335
    • 项目类别:
      Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
    • 资助金额:
      $1.28万
    • 财政年份:
      1993
    • 负责人:
      MATSUMOTO Satoru
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金
    用于强磁场的位置灵敏型探测器技术研究
    基于有源微环谐振器的高速光学比特存储的机理与器件研究
    • 批准号:
      61006045
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      23.0万元
    • 批准年份:
      2010
    • 负责人:
      黄庆忠
    • 依托单位:
    Silicon-Tethered 分子内 Corey-Chaykovsky 反应和 Tandem Heterocyclopropylolefin 环化反应研究
    • 批准号:
      20802044
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      18.0万元
    • 批准年份:
      2008
    • 负责人:
      宋振雷
    • 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
    • 批准号:
      60776018
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      34.0万元
    • 批准年份:
      2007
    • 负责人:
      张轩雄
    • 依托单位: