具有用于更长距离的单电子移动的带装置的构件制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电子器件（10、110），该电子器件被设计成半导体或者被设计得具有用于使量子点（68、168）在一定距离上移动的类半导体结构。该电子器件（10、110）包括衬底（32、132），其具有二维电子气或电子空穴气。在该电子器件（10、110）的表面（31、131）上布置有栅电极装置（16、18、20、116、118、120），该栅电极装置具有栅电极（38、40、42、44、138、140、142、144）。该栅电极装置（16、18、20、116、118、120）在衬底（32、132）中产生势阱（66、166）。在此，设置用于使该栅电极装置（16、18、20、116、118、120）与电压源连接的电连接端。本发明专利技术还涉及一种用于这种电子器件（10、110）的方法。110）的方法。110）的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有用于更长距离的单电子移动的带装置的构件


[0001]本专利技术涉及一种电子器件，该电子器件被设计成半导体或者被设计得具有用于使量子点在一定距离上移动的类半导体结构，该电子器件包括：a) 衬底，其具有二维电子气或电子空穴气；b) 栅电极装置，其具有布置在该电子器件的表面上的栅电极，用于在衬底中产生势阱；c) 用于使栅电极装置与电压源连接的电连接端。
[0002]本专利技术还涉及一种用于这种电子器件的方法。
[0003]传统计算机使用具有集成电路的半导体构件来工作。这些电路总是使用基于逻辑“0”或“1”的系统来工作——即开关“开”或“关”。在半导体存储器的情况下，这通过如下方式来实现：电位要么高于阈值要么低于阈值。这两个状态形成计算机中的最小单位并且被称为“位”。
[0004]这些半导体构件通常由掺杂的硅元素组成，以便实现电路。这样，例如晶体管电路可以布置在这种半导体构件中并且相关联以形成逻辑电路。通过不断改进的化学和物理制造工艺，这些半导体构件现在可以越来越紧凑地被生产。但是，这种紧凑性正在达到其物理极限。不仅电路的密度而且温度通常都会导致在这种半导体构件中的问题。这样，尤其还可以通过多个层模型、更高的切换时控或者还在选择半导体材料的情况下实现优化。尽管如此，对于很多应用来说，诸如在密码技术中或在计算天气或气候模型时，由于数据量巨大，计算能力常常不足。
[0005]为了显著提高计算能力，早已众所周知的是所谓的量子计算机模型。然而，出于各种原因，这些量子计算机模型到目前为止在技术上仍无法实现。量子计算机模型规定：利用粒子、诸如电子的量子力学状态。在此，具有两个状态的量子力学系统被称为用于将信息作为“量子位”来存储的最小单位。量子位例如通过量子力学状态自旋（Spin）“向上（Up）”和自旋“向下（Down）”来限定。
[0006]电子自旋量子位的原理始终不变，无论相应所选择的材料系统如何。在此，半导体异质结构用作衬底。半导体异质结构包含二维电子气（2DEG）。半导体异质结构是在彼此之上生长的具有不同成分的半导体单晶层。这些层结构在其电子和光学特性方面提供了许多技术上相关的量子效应。因而，这些层结构特别适合于微电子器件的制造。目前用于制造半导体异质结构的最重要的材料组合是GaAs/AIGaAs系统。
[0007]在此，半导体异质结构在不同材料的分界面处形成所谓的量子薄膜。这些半导体异质结构尤其是由于在两种材料中的不同的能量比而形成。这样指定的能量分布导致来自周围的载流子聚集在量子薄膜中。在那里，这些载流子接着在其移动自由度方面在很大程度上限于该层并且形成二维电子气）（2DEG）。
[0008]纳米级材料结构被称为量子点。半导体材料特别适合于此。载流子，不仅是电子而且还有空穴，在量子点中在它们的迁移率方面受限，使得它们的能量不再能取连续值，而是始终只还能取离散值。借助于被施加到器件表面上的纳米级栅电极（所谓的栅极），在二维
电子气（2DEG）内的电位地形被形成为使得各个电子可以在量子点中被捕获。然后，这些电子的自旋用作形成逻辑量子位的基础。

技术介绍

[0009]从US 2017/0317203 A1公知一种量子点设备，该量子点设备包括至少三个导电层和至少两个绝缘层。在此，三个导电层彼此电绝缘。在那里描述了：一个导电层由与相应其它两个导电层不同的材料组成。导电层例如可以完全和/或部分地由铝、金、铜或多晶硅制成。而绝缘层例如由氧化硅、氮化硅和/或氧化铝制成。在此，在这些导电层与这些绝缘层之间的连接尤其引起：各个电子在使用电压脉冲的情况下被引带通过该设备的量子点。
[0010]在该量子点设备中，电子被准困在势阱中。在此，通过量子力学隧道，电子这里在量子点之间移动。这可能导致在电子在更长距离上移动时关于量子力学状态的信息内容的不准确或失真。
[0011]为了实现通用量子计算机，必须实现在至少几微米的距离上的量子位的耦合，以便尤其是为本地控制电子器件提供空间。在现有技术中已经存在如下方法，其中一维或二维阵列是由单独的量子点来构建的，接着可以通过这些量子点来运输电子。由于需要非常多的栅电极并且借此所要调整的电压，借助于该方法在不付出巨大花费的情况下就无法实现几微米的耦合或者甚至完全无法实现几微米的耦合。
[0012]在各个量子位处的操作已经可以以令人满意的程度被控制和评估，而为了能够实现通用量子计算机，量子位的耦合是可能未被解决的核心问题。

技术实现思路

[0013]因而，本专利技术的任务在于：消除现有技术的缺点并且提供尤其是在量子位之间的耦合，该耦合能够实现大于100nm的距离。
[0014]按照本专利技术，该任务通过如下方式来解决：在开头提到的类型的电子器件被设计成半导体或者被设计得具有用于使量子点在一定距离上移动的类半导体结构的情况下，d) 栅电极具有平行走向的电极指，其中e) 电极指周期性地交替互连，这些电极指引起了势阱经过衬底的几乎连续的移动，其中量子点与该势阱一起被平移。
[0015]该任务还通过一种用于这种电子器件的方法来解决，其中互连的栅电极有相移地被加载电压，该电压引起势阱经过衬底的几乎连续的移动，其中量子点与该势阱一起被平移。
[0016]本专利技术基于如下原理：在可在更长距离上被平移经过衬底的量子点处调整量子力学状态。为此，量子点被准困在势阱中，该势阱通过栅电极装置以适合的方式产生。接着，势阱连续并且定向地移动穿过衬底，并且将量子点与其量子力学状态一起引带一定距离。对于势阱的连续的移动，栅电极的电极指相对应地被接线。因此，利用本专利技术，可以使量子点的量子力学状态在更远的距离上移动。
[0017]在该电子器件的一个优选的设计方案中，栅电极装置由两个平行的栅电极组成，这两个平行的栅电极形成通道状结构。该措施用于：势阱只能在衬底中的特定路径上移动。
[0018]在这种电子器件的一个有利的设计方案中，衬底包含砷化镓（GaAs）和/或硅锗
（SiGe）。这些材料能够产生二维电子气，量子点可以在该二维电子气中产生和移动。在砷化镓的情况下，量子点被电子占据。在硅锗的情况下，量子点被其中缺少电子的空穴占据。
[0019]该电子器件的另一优选的设计方案可以通过如下方式实现：分别互连的栅电极被设计成能周期性地和/或有相移地被加载电压。该措施能够将势阱连续地引导经过衬底。借此，位于势阱中的量子点可以与势阱一起被平移经过衬底。在此，该量子点不会失去其原来的量子力学状态。
[0020]该电子器件的一个优选的设计方案在于：栅电极的分别至少每第三个电极指互连。借此，应该确保：势阱总是在至少一个周期内被确保，在该至少一个周期内移动该势阱。只有这样才能够实现势阱与量子点一起的连续的移动。原则上，在栅电极互连方面的其它组合也是可能的，只要可以执行势阱与量子点一起的移动。相对应地，通过如下方式得到按照本专利技术的用于电子构件的方法的一个有利的设计方案：分别至少每第三个栅电极互连并且周期性地被加载电压。
[0021]按照本专利技术的电子器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电子器件（10、110），所述电子器件被设计成半导体或者被设计得具有用于使量子点（68、168）在一定距离上移动的类半导体结构，所述电子器件包括：a) 衬底（32、132），其具有二维电子气或电子空穴气；b) 栅电极装置（16、18、20、116、118、120），其具有布置在所述电子器件（10、110）的表面（31、131）上的栅电极（38、40、42、44、138、140、142、144），用于在所述衬底（32、132）中产生势阱（66、166）；c) 用于使所述栅电极装置（16、18、20、116、118、120）与电压源连接的电连接端，其特征在于，d) 所述电极（38、40、42、44、138、140、142、144）具有平行走向的电极指（46、48、50、52、146、148、150、152），其中e) 所述电极指（46、48、50、52、146、148、150、152）周期性地交替互连，所述电极指引起了所述势阱（66、166）经过所述衬底（32、132）的几乎连续的移动，其中量子点（68、168）与所述势阱（66、166）一起被平移。2.根据权利要求1所述的电子器件（10、110），其特征在于，栅电极装置（16、116）由两个平行的栅电极（33、34、133、134）组成，这两个平行的栅电极形成通道状结构（36、136）。3.根据权利要求1或2中任一项所述的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：I，
申请(专利权)人：于利奇研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：