半导体量子点器件和计算机制造技术

本申请公开了一种半导体量子点器件的结构和计算机，结构包括：形成有第一离子区和第二离子区的硅基底；位于所述硅基底上的电介质层，所述硅基底和所述电介质层的界面形成载流子通道；与所述第一离子区欧姆接触的第一电极，及与所述第二离子区欧姆接触的第二电极；位于所述电介质层上的限制电极，所述限制电极用于将载流子限制在所述载流子通道以形成量子点；以及磁性电极，所述磁性电极用于在所述界面形成磁场梯度并用于操控所述量子点。本申请的半导体量子点器件采用的磁性电极相对较小，具有结构优势，易于集成，而且通过所述磁性电极施加微波信号进行调控，电场操控能力较强。强。强。

【技术实现步骤摘要】
半导体量子点器件和计算机


[0001]本申请属于量子计算
，特别涉及一种半导体量子点器件和计算机。

技术介绍

[0002]随着现代大规模集成电路制造技术的飞跃发展，芯片内的集成元件尺寸也在不断减小，伴随而来的是量子效应变得越来越不可忽略。在摩尔定律失效危机的诸多解决方案中，基于量子力学原理设计的量子计算机，因其突破性的性能提升和优异的量子算法应用(例如进行现行经典计算机秘钥分配破解等)，成为了世界各国在科技领域的重要布局和战略高地。
[0003]在量子计算机的多种量子比特方案里，基于半导体材料体系的栅极电控量子点诸如GaAs/AlGaAs、SiO2/Si、Si/SiGe等材料制备的量子点体系被视为最有希望实现量子计算的比特编码载体。半导体量子点的量子相干性较好，且和现有大规模集成电路微纳加工工艺结合易于集成，同时因为量子点结构受外界环境干扰较小，便于实现量子比特的稳定操控，因而与其他量子计算体系相比，半导体量子点具有很大的前景和优势。
[0004]操控方法和性能是量子计算研究的重要方向之一，对于单自旋量子比特，其操控方法包括利用天线的电子自旋共振、利用自旋
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轨道耦合或者外加微磁体的电偶极自旋共振。对于硅相关的半导体量子点器件，其较弱的超精细相互作用和自旋
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轨道耦合可以使电子自旋保持更长的退相干时间，然而目前的硅相关的半导体量子点器件的电操控方法却非常局限。
[0005]要得到优异的电操控性能，获得优质材料和结构的半导体量子点器件是重中之重，这些都决定性地影响了半导体量子点器件的比特性质，并进一步影响了量子比特操控质量。

技术实现思路

[0006]本申请的目的是提供一种半导体量子点器件和计算机，以解决现有技术中的不足，它通过电子自旋
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谷能级混合效应构建量子比特，具有较强的电场操控能力，将用于电场操控的磁性电极设置在量子点器件中，易于集成。
[0007]本申请的技术方案如下：
[0008]一种半导体量子点器件，包括：形成有第一离子区和第二离子区的硅基底；位于所述硅基底上的电介质层，所述硅基底和所述电介质层的界面形成载流子通道；与所述第一离子区欧姆接触的第一电极，及与所述第二离子区欧姆接触的第二电极；位于所述电介质层上的限制电极，所述限制电极用于将载流子限制在所述载流子通道以形成量子点；以及磁性电极，所述磁性电极用于在所述界面形成磁场梯度并用于操控所述量子点。
[0009]进一步的，所述电介质层包括二氧化硅层、硅锗异质结层和纳米线材料层中之一。
[0010]进一步的，所述限制电极包括交叠设置的多个栅电极，且相邻的所述栅电极之间形成有绝缘层。
[0011]进一步的，所述限制电极包括：位于所述第一电极和所述第二电极之间的第一导引电极及第二导引电极；位于所述第一导引电极和所述第二导引电极之间，且与所述第一导引电极和所述第二导引电极相间布置的第一泵浦电极；以及第二泵浦电极和第三泵浦电极，其中，所述第二泵浦电极位于所述第一导引电极和所述第一泵浦电极之间，所述第三泵浦电极位于所述第二导引电极和所述第一泵浦电极之间。
[0012]进一步的，所述电介质层部分地覆盖所述第一离子区和所述第二离子区，且所述第一导引电极延伸至覆盖部分所述第一离子区，所述第二导引电极延伸至覆盖部分所述第二离子区。
[0013]进一步的，所述磁性电极包括铁电极、钴电极。
[0014]进一步的，还包括位于所述电介质层上的第一沟道电极和第二沟通电极，所述第一沟道电极和所述第二沟通电极之间形成有一维沟道，且所述限制电极，以及所述第一电极和所述第二电极均位于所述一维沟道。
[0015]本申请还提出一种计算机，包括上述任一项所述的半导体量子点器件。
[0016]与现有技术相比，本申请的第一方面提供的半导体量子点器件通过磁性电极在所述界面形成磁场梯度，并且磁性电极能够根据施加于半导体量子点器件的磁场强度矢量改变在硅基底和电介质层的界面的磁场梯度，而使量子点处载流子的谷能级发生分裂，从而获得适于通过施加于磁性电极的微波信号进行电操控的分裂能级，相对于天线等结构，本申请采用的磁性电极相对较小，具有结构优势，易于集成。
[0017]与现有技术相比，本申请的第二方面提供的半导体量子点器件的制备方法能够制备本申请的第一方面提供的半导体量子点器件。
[0018]与现有技术相比，本申请的第三方面提供的半导体量子点器件的操控方法，通过磁性电极形成磁场梯度以使所述量子点的谷能级发生分裂获得分裂能级，并经由所述磁性电极施加微波信号以调节所述分裂能级的跃迁实现针对所述量子点的状态的操控，相对于传统的自旋能级间的调控，本申请的量子点的状态在分裂能级之间调节，具有操控速度快的优势，因此，本申请的电场操控能力较强。
附图说明
[0019]图1a和图1b为本申请实施例提供的一种半导体量子点器件的结构示意图，其中，图1b为图1a的Aa截面示意图；
[0020]图2为本申请实施例提供的一种半导体量子点器件的制备方法流程图；
[0021]图3a、图3b、图3c、图3d、图3e和图3f为与图2流程图中各流程步骤对应的结构示意图；
[0022]图4为本申请实施例提供的一种半导体量子点器件的信号读取方法的流程图；
[0023]图5为本申请实施例提供的一种半导体量子点器件的信号读取系统的结构示意图；
[0024]图6为本申请实施例提供的一种半导体量子点器件的操控方法的流程图；
[0025]图7为本申请实施例提供的一种半导体量子点器件在磁场作用下的能级劈裂示意图；
[0026]图8和图9为本申请实施例提供的一种半导体量子点器件的电操控效果图。
[0027]附图标记说明：101
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硅衬底，102
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电介质层，103
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第一离子区，104
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第二离子区，201
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第一电极，202
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第二电极，203
‑
第一导引电极，204
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第二导引电极，205
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第一泵浦电极，206
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第二泵浦电极，207
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第三泵浦电极，208
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第一沟道电极，209
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第二沟道电极，210
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第二量子点，211
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第一量子点，212
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第三量子点，213
‑
磁性电极，301
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半导体量子点器件，302
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直流偏置电压源，303
‑ꢀ
微波源，304
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信号放大器，305
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电压测试装置。
具体实施方式
[0028]下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体量子点器件，其特征在于，包括：形成有第一离子区和第二离子区的硅基底；位于所述硅基底上的电介质层，所述硅基底和所述电介质层的界面形成载流子通道；与所述第一离子区欧姆接触的第一电极，及与所述第二离子区欧姆接触的第二电极；位于所述电介质层上的限制电极，所述限制电极用于将载流子限制在所述载流子通道以形成量子点；以及磁性电极，所述磁性电极用于在所述界面形成磁场梯度并用于操控所述量子点。2.根据权利要求1所述的半导体量子点器件，其特征在于，所述电介质层包括二氧化硅层、硅锗异质结层和纳米线材料层中之一。3.根据权利要求1所述的半导体量子点器件，其特征在于，所述限制电极包括交叠设置的多个栅电极，且相邻的所述栅电极之间形成有绝缘层。4.根据权利要求1或3所述的半导体量子点器件，其特征在于，所述限制电极包括：位于所述第一电极和所述第二电极之间的第一导引电极及第二导引电极；位于所述第一导引电极和所述第二导引电极之间，且与所述第一导引电...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔伟成，张辉，赵勇杰，
申请(专利权)人：合肥本源量子计算科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：