用于自组织锗硅纳米线的测量装置及其制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于自组织锗硅纳米线的测量装置及其制备方法，该装置包括：量子点和测量电路；其中，所述测量电路包括谐振腔，且所述谐振腔与所述量子点的栅极耦合。本发明专利技术中，量子点通过栅极与谐振腔耦合，与通过源(漏)电极和腔耦合不同，可以通过调节量子点栅极的电势，改变栅极的耦合电容。在实际测量中，整个体系具有更大的可调空间，利于寻找到更加合适的测量范围。

A Measuring Device for Self-Organizing Ge-Si Nanowires and Its Preparation Method

The invention discloses a measuring device for self-organizing germanium-silicon nanowires and a preparation method thereof, which comprises a quantum dot and a measuring circuit, wherein the measuring circuit comprises a resonant cavity, and the resonant cavity is coupled with the gate of the quantum dot. In the present invention, a quantum dot is coupled with a resonant cavity through a gate, which is different from the coupling through a source (drain) electrode and a cavity. The coupling capacitance of the gate can be changed by adjusting the potential of the quantum dot gate. In practical measurement, the whole system has more adjustable space, which is conducive to finding a more suitable measurement range.

【技术实现步骤摘要】
用于自组织锗硅纳米线的测量装置及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种用于自组织锗硅纳米线的测量装置及其制备方法。
技术介绍
随着半导体加工工艺的不断发展，半导体芯片的集成度按照摩尔定律不断提高。但由于量子效应的存在，如今主流半导体芯片的性能会在可预见的未来到达一个瓶颈，量子计算机由于具有巨大的潜力而被广泛研究。以半导体材料量子点为基础的量子芯片作为实现量子计算的一种候选，国际上近年来对此进行了大量的基础研究。现阶段，研究者已经在多种半导体上可以制备量子点，并且精确调控量子点中载流子的数目，用于制备量子比特。自组织锗硅纳米线(后文简称“纳米线”)是一种新型的空穴型半导体材料，而且在该体系中具有较强的自旋-轨道耦合和较长的自旋退相干时间，有利于实现对量子比特的操作是一种优良的制备量子点的材料。量子点状态的灵敏测量是构建量子比特最基础也是最重要的条件之一。传统的直流输运测量技术有局限性，很难测量载流子隧穿率较低的量子点区域。另一种传统的分离电荷探测器可以探测隧穿率较低的量子点区域，但是由于自组织锗硅纳米线特殊的结构和分布很难用于该材料量子点状态的测量。超导微波谐振腔是量子点状态的一种灵敏探测方法。和微波谐振腔耦合到一起的量子点的等效电容的变化可以导致谐振腔谐振频率移动，量子点的等效电阻变化可以导致谐振腔微波信号的频率展宽。因而通过分析谐振腔微波信号的变化，可以得到量子点的输运性质。并且，超导微波谐振腔有三个显著的优点。第一，在隧穿率较低的量子点区域，直流输运信号只有微弱变化，谐振腔仍然可以灵敏地表征量子点的性质。第二，超导微波谐振腔对量子点状态的探测是非破坏性读取，不会给量子比特的状态带来影响。第三，将腔与量子点耦合，可以提高量子比特的退相干时间，为实现量子比特的操作提供更好的实验条件。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的在于提供一种用于自组织锗硅纳米线的测量装置及其制备方法，以至少部分解决上述技术问题。(二)技术方案根据本专利技术的一方面，提供一种用于自组织锗硅纳米线的测量装置，包括：量子点和测量电路；其中，所述测量电路包括谐振腔，且所述谐振腔与所述量子点的栅极耦合。在进一步的实施方案中，所述量子点包括：自组织锗硅纳米线；源电极和漏电极，分别搭接在纳米线的两端；绝缘层，覆盖在所述自组织锗硅纳米线、源电极和漏电极上；栅电极，位于所述绝缘层上。在进一步的实施方案中，所述量子点还包括：本征硅衬底；本征硅缓冲层，位于所述本征硅衬底上，且所述自组织锗硅纳米线位于所述本征硅缓冲层上；源大电极，与所述源电极相连接；漏大电极，与所述漏电极相连接；栅大电极，与所述栅电极相连接。在进一步的实施方案中，所述测量电路还包括：环形器，其包括环一端口、环二端口和环三端口；相位混合环，与所述谐振腔和所述环二端口相连接；隔离器，与所述环三端口相连接；放大器，其输入端与所述隔离器相连接；衰减器，其输出端与所述环一端口相连接；网络分析仪，分别与所述衰减器输入端和所述放大器输出端相连接。在进一步的实施方案中，所述测量电路还包括：电容和条带AC版，位于所述相位混合环和所述谐振腔之间；所述谐振腔为微波传输线，与所述量子点的栅极相连接。在进一步的实施方案中，所述谐振腔为反射式谐振腔。根据本专利技术的另一方面，提供一种用于自组织锗硅纳米线的测量装置的制备方法，包括：制备量子点；将谐振腔与所述量子点的栅极进行耦合；形成具有所述谐振腔的测量电路。在进一步的实施方案中，所述制备量子点包括：取一长有自组织锗硅纳米线的基片，并在其上匀电子束胶；曝光用于定位的十字标记；在所述基片上制备源电极和漏电极；在所述自组织锗硅纳米线、源电极和漏电极上生长绝缘层；在所述绝缘层上制备栅极；制备源大电极、漏大电极和栅大电极，并使其分别与所述源电极、漏电极和栅极相连接。在进一步的实施方案中，所述将谐振腔与所述量子点的栅极进行耦合包括：将微波传输线，即谐振腔与所述栅大电极连接；在所述微波传输线的中部，外接一根电极。在进一步的实施方案中，所述形成具有所述谐振腔的测量电路包括：将外围元器件进行连接；将外围元器件通过电容和条带AC版与所述谐振腔耦合。(三)有益效果本专利技术提供的一种用于自组织锗硅纳米线的测量装置及其制备方法至少包括以下有益效果：(1)本专利技术中，量子点通过栅极与谐振腔耦合，与通过源(漏)电极和腔耦合不同，可以通过调节量子点栅极的电势，改变栅极的耦合电容。在实际测量中，整个体系具有更大的可调空间，利于寻找到更加合适的测量范围。(2)本专利技术中，锗硅纳米线量子点作为空穴型量子点，有利于实现量子态的操控。(3)本专利技术利用微纳工艺加工尺寸在纳米量级的量子点，使用的一系列工艺，包括电子束曝光，紫外光曝光，金属刻蚀，金属镀膜等；以及具体的实验条件和工艺参数。(4)本专利技术利用反射式谐振腔的测量信号来表征量子点性质，与普通的直流输运测量量子点信号相比更加灵敏，可以得到比直流输运更多的信息。(5)本专利技术提供的用于自组织锗硅纳米线的测量装置为可以在稀释制冷机中工作的微波信号输入输出测量系统。附图说明图1为本专利技术实施例的量子点结构的俯视图以及用于曝光定位的实际标记。图2为本专利技术实施例的沿垂直基片方向量子点结构的剖面示意图。图3为本专利技术实施例的量子点的源大电极和漏大电极示意图。图4为本专利技术实施例的量子点的源电极、漏电极与栅电极示意图。图5为本专利技术实施例的通过栅电极耦合量子点与谐振腔示意图。图6为本专利技术实施例的反射式谐振腔测量电路模型示意图。图7为本专利技术实施例的量子点的输运电流、谐振腔的幅值和相位变化示意图。图8为本专利技术实施例的测量装置制备流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。根据本专利技术的一个实施例，提供一种用于自组织锗硅纳米线的测量装置，包括：量子点和测量电路；其中，所述测量电路包括谐振腔，且所述谐振腔与所述量子点的栅极耦合。量子点通过栅极与谐振腔耦合，与通过源(漏)电极和腔耦合不同，可以通过调节量子点栅极的电势，改变栅极的耦合电容。在实际测量中，整个体系具有更大的可调空间，利于寻找到更加合适的测量范围。其中，所述谐振腔为反射式谐振腔，利用反射式谐振腔的测量信号来表征量子点性质，与普通的直流输运测量量子点信号相比更加灵敏，可以得到比直流输运更多的信息。在本实施例中，如图2所示，所述量子点包括：自组织锗硅纳米线101；源电极401和漏电极402，分别搭接在纳米线的两端；绝缘层104，覆盖在所述自组织锗硅纳米线101、源电极401和漏电极402上；栅电极403，位于所述绝缘层104上。在一些实施例中，所述量子点还可包括：本征硅衬底102；本征硅缓冲层103，位于所述本征硅衬底102上，且所述自组织锗硅纳米线101位于所述本征硅缓冲层103上；源大电极301，与所述源电极401相连接；漏大电极302，与所述漏电极402相连接；栅大电极303，与所述栅电极403相连接。所述源大电极301、漏大电极302和栅大电极303分别为所述源电极401、所述漏电极402和所述栅电极403的放大电极，用于方便与外界连接。在本实施例中，如图6所示，所述测量电路还包括：环形器，其包括环一端口、环二端口和环三端口本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于自组织锗硅纳米线的测量装置，其特征在于，包括：量子点和测量电路；其中，所述测量电路包括谐振腔，且所述谐振腔与所述量子点的栅极耦合。

【技术特征摘要】
1.一种用于自组织锗硅纳米线的测量装置，其特征在于，包括：量子点和测量电路；其中，所述测量电路包括谐振腔，且所述谐振腔与所述量子点的栅极耦合。2.根据权利要求1所述的用于自组织锗硅纳米线的测量装置，其特征在于，所述量子点包括：自组织锗硅纳米线(101)；源电极(401)和漏电极(402)，分别搭接在纳米线的两端；绝缘层(104)，覆盖在所述自组织锗硅纳米线(101)、源电极(401)和漏电极(402)上；栅电极(403)，位于所述绝缘层(104)上。3.根据权利要求2所述的用于自组织锗硅纳米线的测量装置，其特征在于，所述量子点还包括：本征硅衬底(102)；本征硅缓冲层(103)，位于所述本征硅衬底(102)上，且所述自组织锗硅纳米线(101)位于所述本征硅缓冲层(103)上；源大电极(301)，与所述源电极(401)相连接；漏大电极(302)，与所述漏电极(402)相连接；栅大电极(303)，与所述栅电极(403)相连接。4.根据权利要求1所述的用于自组织锗硅纳米线的测量装置，其特征在于，所述测量电路还包括：环形器，其包括环一端口、环二端口和环三端口；相位混合环，与所述谐振腔和所述环二端口相连接；隔离器，与所述环三端口相连接；放大器，其输入端与所述隔离器相连接；衰减器，其输出端与所述环一端口相连接；网络分析仪，分别与所述衰减器输入端和所述放大器输出端相连接。5.根据权利要求4所述的用于自组织锗硅纳米线的测量装置，其特征在于，所述测量电路还包括：电容(502)和条带AC版(503)，位于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海欧，刘赫，徐刚，曹刚，郭光灿，郭国平，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34