【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.05.29】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22NU0218
利用課題名 / Title
高純度同位体シリコンエピ基板上の量子デバイス作製
利用した実施機関 / Support Institute
名古屋大学
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）計測・分析/Advanced Characterization
【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）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion
キーワード / Keywords
蒸着・成膜/Evaporation and Deposition,ALD,CVD,リソグラフィ/Lithography,EB,膜加工・エッチング/Film processing and Etching,電子顕微鏡/Electron microscopy,走査プローブ顕微鏡/Scanning probe microscopy,核磁気共鳴/Nuclear magnetic resonance,集束イオンビーム/Focused ion beam,光学顕微鏡/Optical microscopy,赤外・可視・紫外分光/Infrared and UV and visible light spectroscopy,X線回折/X-ray diffraction,質量分析/Mass spectrometry,量子コンピューター/ Quantum computer,スピン制御/ Spin control,スピントロニクス/ Spintronics,量子効果/ Quantum effect,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control,太陽電池/ Solar cell,熱電材料/ Thermoelectric material,水素貯蔵/ Hydrogen storage
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)
宮本 聡
所属名 / Affiliation
名古屋大学大学院工学研究科
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
NU-226：RIEエッチング装置
NU-230：段差計
NU-231：マスクレス露光装置
NU-232：原子層堆積装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
近年、同位体純度を99.92%まで精製したシリコン(Si)-28エピ基板上では、単一量子ビットに対する量子情報保持時間が桁違いに延伸されることが実証され、大規模量子計算を実現するための理想的なプラットフォームとして注目されている。この同位体制御Si-28エピ基板の構造最適化及び高品質化のためには、ホールバー構造や微細ゲート構造を安定して作製し、デバイス特性評価による迅速なフィードバック開発が重要である。本年度は、汎用型のクロスゲートを有する量子デバイス構造をSi同位体薄膜に大規模実装するため、名古屋大学の設備であるマスクレス露光装置を利用したAlゲート電極(幅1 mm以下)の重なり配線技術と、良質なAl層間絶縁膜の形成プロセスについて基本検討を行ったので報告する。
実験 / Experimental
【利用した主な装置】RIEエッチング装置(サムコ社製RIE-10NR)、段差計(アルバック社製Dektak150)、マスクレス露光装置(ナノシステムソリューションズ社製 DL-1000)、原子層堆積装置(サムコ社製AD-100LE)、UVオゾン装置(サムコ社製 UV-1)、プラズマリアクタ(ヤマト社製 PR500)
【実験方法】
Si基板上に原子層堆積装置(ALD)でAl2O3絶縁膜(厚さ30-40 nm)のブランケット層を形成し、真空蒸着装置(研究室保有)で1層目のAlゲート電極(厚さ~20 nm)を堆積したのち、酸化時間0-20 minに設定してUVオゾン及びプラズマリアクタでAlの層間絶縁膜を形成した。その後、同様に2層目のAlゲート電極を堆積することでクロスゲート構造のパターンを形成し、Alゲート電極間の電気抵抗を室温評価した。
結果と考察 / Results and Discussion
UVオゾン及びプラズマリアクタで形成したAl層間絶縁膜の電気抵抗について明確な酸化時間依存性は観測されず、どちらの酸化方法においても平均として~6.8×109 W及び~8.2×109 Wと高い絶縁性を示した。また自然酸化したAl絶縁膜でも同様に良好な絶縁特性(~7.7×109 W)が得られており、酸化方法による違いは顕著には見られないことが分かった。このように半導体量子ビット分野で発展する重なり配線技術を応用することで、2次元クロスゲート構造の形成が可能となった。今後、クロスゲート型のデバイス構造の更なる微細化と実装するLC共振回路基板側の設計最適化を推し進め、Si同位体薄膜における不純物欠陥の広範囲且つ高速評価に繋げる予定である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
・文部科学省 光・量子飛躍フラッグシッププログラム（Q-LEAP）「シリコン量子ビットによる量子計算機向け大規模集積回路の実現」 ・本課題は、田岡 紀之 特任准教授(名古屋大学)、齋藤 清範 技術職員(名古屋大学)に技術支援を頂きました。
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