用于贯穿离子阱结构的激光使用的基于MEMS的三维离子阱装置及其制造方法制造方法及图纸

在本发明专利技术的实施例中，提供一种离子阱装置及其制造方法，所述离子阱装置的基板的上侧或者下侧包括第一RF电极轨、第二RF电极轨、一个以上的第一DC电极及一个以上的第二DC电极，其特征在于，所述基板在以所述离子阱装置的宽度方向为基准而一侧和另一侧相隔一定距离而分离的空间内形成离子阱，所述第一RF电极轨和所述第二RF电极轨沿着所述离子阱装置的长度方向并行布置，所述第一RF电极轨位于所述一侧的上部，所述一个以上的第二DC电极位于所述一侧的下部，所述一个以上的第一DC电极位于所述另一侧的上部，所述第二RF电极轨位于所述另一侧的下部，具有从所述基板的一侧或者另一侧的外侧面连接至所述阱区域的激光贯穿路径。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于贯穿离子阱结构的激光使用的基于MEMS的三维离子阱装置及其制造方法
本专利技术的实施例涉及用于贯穿离子阱结构的激光使用的基于微机电系统(MEMS)的三维离子阱装置及其制造方法。
技术介绍
该部分记载的内容仅用于提供本专利技术实施例的背景信息，而不用于构成
技术介绍
。量子计算机使用不同于现有计算机的量子算法，相比于现有的运算方式，其处理速度有飞跃性增长。因量子运算技术的发达，现有的基于RSA(RivestShamirAdleman)的加密技术变得容易被破解，因此，用于替代现有加密方式的量子密钥分配(QKD)系统得到开发，而且已经在个别公司得到商业化而使这些系统中得到实用。目前，量子密钥分配系统的最大局限性在于，由于一个光子通过光纤时的衰减，使通信时一次送出的距离受到限制。为了克服该缺点，需要使用量子中继器(QuantumRepeater)对信号进行放大，离子阱是制造量子中继器所必需的量子存储器的构建方法中最受关注的方式。离子阱的最基本的形状如图1的(a)所示，是由4个电极棒e1、e2、e3和e4组成的结构，如图1的(b)所示，e1和e4接地，对e2和e3施加高电压的RF信号，生成电场时，基于电极棒e1、e2、e3和e4的四边形区域的中间点受力，将基于这种平均力生成的势(Potential)称为有质动力势(PonderomotivePotential)。在图1的(c)中描述的有质动力势与电极棒e1、e2、e3和e4间捕获的电荷的符号无关。所述形成的势持续地将欲远离z轴的电荷引向中心，然而对于沿着z轴要将电荷粒子捕获至哪个位置，则不是确定的。因此，为了在如图1的(a)位置处捕获带电粒子，向e1和e4施加电压使V1>V2的关系式成立而非将它们接地。制造离子阱的方法有很多种，其中最受关注的是基于MEMS的三维离子阱。自从提出了将离子阱应用于计算机的概念以来，基于MEMS的平面型离子阱芯片如图2的(a)所示，以在硅基板上形成金属电极的方式制作，其特征是，如图2的(b)所示，在从离子阱装置高达几十至几百微米处捕获离子。与此相比，基于MEMS的三维离子阱技术通常可确保比平面阱芯片更高的位势深度(PotentialDepth)，从而可延长离子的寿命。如图3所示，基于MEMS的离子阱芯片在UHV(UitraHighVacuum,超高真空)下利用基于高电压RF(RadioFrequency)信号和DC(DirectCurrent)电压形成的电场，捕获离子。此时，RF电极被施加可达几百伏特的高电压。在RF电极中施加的RF信号不是高电压时，可顺利地施加，但是在RF电极中施加的RF信号为高电压时，在RF电极和周围电极之间，发生故障(Breakdown)的可能性非常高。例如，RF电极和DC电极间发生故障时，RF电极和DC电极被破坏，从而不能使用离子阱芯片。作为解决所述问题的方法之一，通过加宽RF电极和DC电极之间的间隔以解决潜在发生故障的问题，但却降低了离子阱芯片的性能。因此，为了延长捕获到的离子的寿命，有必要通过利用激光减少离子的动能来进行离子的冷却。在不影响现有的基于MEMS的三维离子阱芯片的性能范围内，作为解决发生故障的问题的限定的阱芯片的设计，为了在图3的(a)所示的大小的离子阱芯片中对离子精密地且多样地进行控制，增加电极数量，或者为了实现在硅基板的两面通过镀金制作电极的方式的离子阱芯片的小型化，最小化电极间隔的情况下，在硅构成物的中央部捕获离子。因此，如图3的(b)所示，激光可接近的范围被限制为通过注入离子的间隙的区域，离子阱装置中注入离子的间隙的大小越小发生激光散射的可能性越高，因此，缩小离子阱装置的大小受到了限制。为了解决上述问题，为了最小化发生故障的可能性，需要制作用于使激光通过的另外的路径。为此，为了贯穿离子阱装置的内部，需要形成用于将向离子阱装置一侧方向照射的激光从离子阱装置内的另一方向通过的孔，并且在形成孔时，使离子阱芯片不受损，或者需要开发可在已开有孔的状态下，制造离子阱装置的新工艺。
技术实现思路
技术课题为了解决上述问题，本专利技术的实施例的目的在于，为了减少三维离子阱所需的激光装置的数量及防止激光散射引起的问题，通过生成贯穿离子阱机构的激光路径，在捕获离子时利用激光对离子进行冷却而防止激光的散射。课题解决手段为了实现所述的目的，在本专利技术的一实施例中，提供一种离子阱装置，其在基板的上侧或者下侧包括第一RF电极轨、第二RF电极轨、一个以上的第一DC电极及一个以上的第二DC电极，其特征在于，所述基板在以所述离子阱装置的宽度方向为基准而一侧和另一侧相隔一定距离而分离的空间内形成离子阱，所述第一RF电极轨和所述第二RF电极轨沿着所述离子阱装置的长度方向并行布置，所述第一RF电极轨位于所述一侧的上部，所述一个以上的第二DC电极位于所述一侧的下部，所述一个以上的第一DC电极位于所述另一侧的上部，所述第二RF电极轨位于所述另一侧的下部，具有从所述基板的一侧或者另一侧的外侧面连接至所述阱区域的激光贯穿路径。为了实现所述的目的，在本专利技术的一实施例中，提供一种离子阱装置的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：在半导体基板上蒸镀导电膜而形成电极图案，该电极图案以预先设定的离子阱区域的位置为基准，布置第一RF电极轨、第二RF电极轨、一个以上的第一DC电极及一个以上的第二DC电极；为了在所述基板的内部形成从所述基板的外侧面连接至所述离子阱区域的激光贯穿路径，在与所述激光贯穿路径的位置对应之处的基板的上侧和下侧形成多个工程孔；在与所述离子阱区域的位置对应之处的基板上形成贯穿孔；以及沿着所述工程孔及所述贯穿孔形成所述离子阱区域和所述激光贯穿路径。为了实现所述的目的，在本专利技术的一实施例中，提供一种离子阱装置的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：为了在所述基板内部形成从所述基板的外侧面连接至预先设定的离子阱区域的激光贯穿路径，在与所述激光贯穿路径的位置对应之处的基板的上侧和下侧形成多个工程孔；沿着所述工程孔形成所述离子阱区域和所述激光贯穿路径；在半导体基板上蒸镀导电膜而形成电极图案，该电极图案以所述离子阱区域的位置为基准，布置第一RF电极轨、第二RF电极轨、一个以上的第一DC电极及一个以上的第二DC电极；以及在与所述离子阱区域的位置对应之处的基板上形成贯穿孔，沿着所述贯穿孔形成所述离子阱区域。如上所述，根据本专利技术的实施例中，提供一种离子阱装置，其组件开有孔，用于使激光可接近三维离子阱中除间隙(slot)之外的其他方向，从而解决了现有三维离子阱芯片设计中为减少激光散射带来的影响，导致离子阱装置的大小受到限制的问题，减少离子阱中使用的激光的散射带来的问题，具有有益的效果。附图说明图1是用于说明三维阱的原理的图。图2是示出二维离子阱的一示例的图。图3是示出三维离子阱的一示例的图。图4是示出本专利技术的一实施例涉及的离子阱装置400的图。图5是示出从图4中沿着A-A'线，在X方向上观察的形状的图。图6是示出本专利技术的第一实施例涉及的离子阱的芯片制造方法的流程图。图7是示出在执行第一绝缘层和多晶硅层形成及构图步骤S610后的离子阱芯片的截面结构的图。图8是示出在执行第二绝缘层形成及构图步骤S620后的离子阱芯片的截面结构的图。图9是示出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子阱装置，其在基板的上侧或者下侧包括第一RF电极轨、第二RF电极轨、一个以上的第一DC电极及一个以上的第二DC电极，该离子阱装置的特征在于，所述基板在以所述离子阱装置的宽度方向为基准而一侧和另一侧相隔一定距离而分离的空间内形成离子阱区域，所述第一RF电极轨和所述第二RF电极轨沿着所述离子阱装置的长度方向并行布置，所述第一RF电极轨位于所述一侧的上部，所述一个以上的第二DC电极位于所述一侧的下部，所述一个以上的第一DC电极位于所述另一侧的上部，所述第二RF电极轨位于所述另一侧的下部，该离子阱装置具有从所述基板的一侧或者另一侧的外侧面连接至所述阱区域的激光贯穿路径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.30 KR 10-2014-01495521.一种离子阱装置，其在基板的上侧或者下侧包括第一RF电极轨、第二RF电极轨、一个以上的第一DC电极及一个以上的第二DC电极，该离子阱装置的特征在于，所述基板在以所述离子阱装置的宽度方向为基准而一侧和另一侧相隔一定距离而分离的空间内形成离子阱区域，所述第一RF电极轨和所述第二RF电极轨沿着所述离子阱装置的长度方向并行布置，所述第一RF电极轨位于所述一侧的上部，所述一个以上的第二DC电极位于所述一侧的下部，所述一个以上的第一DC电极位于所述另一侧的上部，所述第二RF电极轨位于所述另一侧的下部，该离子阱装置具有从所述基板的一侧或者另一侧的外侧面连接至所述阱区域的激光贯穿路径。2.如权利要求1所述的离子阱装置，其特征在于，当所述一个以上的第一DC电极和所述一个以上的第二DC电极分别具有多个时，所述一个以上的第一DC电极和所述一个以上的第二DC电极分别沿着所述长度方向并行布置。3.如权利要求1所述的离子阱装置，其特征在于，所述激光贯穿路径的方向由所述宽度方向和所述长度方向之间的方向形成。4.如权利要求1所述的离子阱装置，其特征在于，在与所述激光贯穿路径的位置对应的所述基板的上侧和下侧中的至少一侧形成有多个工程孔。5.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：金兑炫，赵东日，李珉栽，洪锡俊，千弘珍，
申请(专利权)人：SK电信有限公司，首尔大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国,KR