【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.29】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22AT0197

利用課題名 / Title

物理形成シリコン量子ドットの細線ゲート構造の電気特性評価

利用した実施機関 / Support Institute

産業技術総合研究所 / AIST

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

スピン量子ビット, 物理形成量子ドット, ma-N2401

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

西山 伸平

所属名 / Affiliation

産業技術総合研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

AT-093：高速電子ビーム描画装置（エリオニクス）

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

　本研究では、スピン量子ビットのゲート操作の制御性の向上のために、物理形成量子ドット[1]の上に幅数十nm程度の微細な制御用ゲートの作製を試み、動作確認として単一量子ドットの測定を2.3K下で行った。

実験 / Experimental

【利用した主な装置】
【NPF093】高速電子ビーム描画装置(エリオニクス)
【NPF094】解析用PC(CAD及び近接効果補正用)
【NPF087】ワイヤーボンダ―

【実験方法】
　電子線描画前のデバイス構造をFig.1に示す。電子線ネガレジストma-N2401原液を用いて、3000 rpmで塗布した。解析用PCにて形状変更による近接効果補正を行い、加速電圧130 kV、ビーム電流2 nAで電子線描画行い、105 ℃でポストベークして現像を行った。デバイス完成後に、Power 160 W, ウェッジツールの温度つまみを3.5に調節してワイヤーボンディングで配線を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

　電子線描画し、現像を行った後、さらにCVD-SiO₂のエッチングとpoly-Siのエッチングを行った後のSEM観察結果をFig.2　(a)に示す。今回はエッチング後も微細なゲート線が残っている。さらに、試作した単一量子ドットデバイスを用いて2.3Kにおいて電気的評価を行った（Fig.2(b)）。バイアスの絶対値10 mV付近まで、ダイヤ状の電流抑制領域を観測することができ、量子デバイスとしての動作確認に成功した。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig.1 the device structure before electron-beam drawing for fine gates.

Fig. 2 (a) SEM images of fine-gate pattern and electrode assignment (b) The conductance mappings of a single QD.

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

・参考文献
[1] K. Horibe et al., APL 106, 083111 (2015)

・謝辞
本研究は以下の助成を受けて遂行された。
　・JST CREST (JPMJCR1675)
　・MEXT Q-LEAP (JPMXS0118069228)
　・KAKENHI (18K18996, 20H00237)
　・森貴洋様(産業技術総合研究所デバイス技術研究部門新原理デバイス研究グループ)の指導の下で行いました。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件