【技术实现步骤摘要】
本公开涉及量子模拟器，尤其涉及一种硅基量子模拟器及其制备方法。
技术介绍
1、随着量子科技的发展，利用人工可控的量子系统去模拟真实的微观多体物理现象，近年来备受关注。而早在1981年有物理学家在做“利用计算机模拟物理”演讲时，指出建造一个按照量子力学的规律来运行的计算机才能成功模拟微观世界的量子行为。
2、然而，尽管量子计算和量子模拟在实验上取得了一定的进步，但由于材料和技术上的一些限制，目前还难以实现量子器件的室温工作，并进行大规模集成。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、针对现有的技术问题，本公开提供一种硅基量子模拟器及其制备方法，用于至少部分解决以上技术问题。
3、(二)技术方案
4、本公开提供一种硅基量子模拟器，包括：依次叠加的硅衬底、衬底绝缘层和工作部；其中，工作部包括第一工作部和第二工作部；第一工作部包括沿第一方向顺序连接的源区硅电导台面、硅纳米线周期网络结构、漏区硅电导台面，以及覆盖源区硅电导台面、硅纳米线周期网络结构和漏区硅电导台面的栅绝缘层；第二工作部包括条栅电极电导台面；条栅电极电导台面的条栅部分沿第二方向覆盖与硅纳米线周期网络结构相对应的栅绝缘层，且第一方向与第二方向互相垂直；硅纳米线周期网络结构的沟道内分布有多个类氢杂质原子量子点，用于调控载流子的量子输运；以及条栅电极电导台面用于调制硅纳米线周期网络结构的栅势垒和类氢杂质原子量子点的费米能级深度。
5、可选地，类氢杂质原子量子点包括诱导
6、可选地，周期重复单元为由硅纳米线围成的多边形；其中，硅纳米线的线宽为3nm～100nm；多边形至少包括三角形、四边形和六边形，多边形的边长为30nm～1000nm。
7、可选地，硅纳米线周期网络结构的厚度为3nm～100nm。
8、可选地，杂质原子的掺杂类型统一为n型或p型，且掺杂浓度为5×1017cm-3～5×1021cm-3。
9、可选地，栅绝缘层的材料包括sio2、si3n4、al2o3、hfo2、zro2和hfxzr(1-x)o2中的任意一种或多种；栅绝缘层的厚度为1nm～20nm。
10、可选地，条栅电极电导台面的材料包括多晶硅材料、金属材料、合金材料，以及具有相变功能、铁电功能和压电功能的导电材料；条栅电极电导台面的条栅部分沿第二方向为单个条栅或多个条栅，以及条栅电极电导台面的条栅部分沿第二方向的长度为10nm～10μm。
11、可选地，第一工作部还包括：源欧姆接触电极和漏欧姆接触电极；其中，源欧姆接触电极与源区硅电导台面相叠加，漏欧姆接触电极与漏区硅电导台面相叠加；第二工作部还包括：条栅欧姆接触电极，与条栅电极电导台面的欧姆接触部分相叠加。
12、可选地，源欧姆接触电极、漏欧姆接触电极和条栅欧姆接触电极的材料包括：退火处理的al、ni/al合金和ti/al合金中的任意一种或多种。
13、本公开另一方面提供一种硅基量子模拟器制备方法，用于制备本公开任一实施例的硅基量子模拟器，包括：在soi基片的顶层硅表面沉积sio2掩膜层；经sio2掩膜层，向顶层硅内注入n型或p型离子；去除sio2掩膜层，并对顶层硅进行氧化减薄，以使顶层硅达到预设厚度；刻蚀减薄后的顶层硅直至衬底绝缘层，形成沿第一方向顺序连接的源区硅电导台面、硅纳米线周期网络结构、漏区硅电导台面；在源区硅电导台面、硅纳米线周期网络结构和漏区硅电导台面的表面进行热氧化，形成栅绝缘层；以及沿第二方向在与硅纳米线周期网络结构相对应的栅绝缘层及衬底绝缘层表面沉积多晶硅层，得到条栅电极电导台面；其中，soi基片包括依次叠加的硅衬底、衬底绝缘层和顶层硅；第一方向与第二方向互相垂直。
14、(三)有益效果
15、与现有技术相比，本公开提供的硅基量子模拟器及其制备方法，至少具有以下有益效果：
16、(1)本公开的硅基量子模拟器，通过在硅纳米线周期网络结构的沟道内嵌入多个类氢杂质原子量子点，构成了类氢杂质原子超晶格，为硅纳米线局域沟道中分立的杂质原子量子点实现周期性的空间有序分布提供了一种新的原子阵列构造途径，使得利用硅晶体管研究复杂的多体物理中电子强关联效应成为可能。
17、(2)本公开的硅基量子模拟器，杂质原子量子点阵列可以构建出具有上、下hubbard能带的两能态系统。通过控制硅纳米线周期网络结构内周期重复单元的边长和杂质原子的掺杂浓度，可以控制相邻类氢杂质原子量子点的间距，以此实现上、下hubbard能带的展宽控制，进而影响库仑能隙的大小，为载流子的量子相干态在室温条件下工作提供了可能。
18、(3)本公开的硅基量子模拟器的制备方法，可以通过化学沉积、光刻、等离子体刻蚀等半导体器件制备工艺制备得到微型的硅基量子模拟器，便于实现硅基量子模拟器件的大规模集成。
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1.一种硅基量子模拟器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的硅基量子模拟器，其特征在于，所述类氢杂质原子量子点包括诱导电离的磷、砷或硼杂质原子；以及
3.根据权利要求2所述的硅基量子模拟器，其特征在于，所述周期重复单元为由硅纳米线围成的多边形；
4.根据权利要求3所述的硅基量子模拟器，其特征在于，所述硅纳米线周期网络结构的厚度为3nm～100nm。
5.根据权利要求2所述的硅基量子模拟器，其特征在于，所述杂质原子的掺杂类型统一为n型或p型，且掺杂浓度为5×1017cm-3～5×1021em-3。
6.根据权利要求1所述的硅基量子模拟器，其特征在于，所述栅绝缘层的材料包括SiO2、Si3N4、Al2O3、HfO2、ZrO2和HfxZr(1-x)O2中的任意一种或多种；
7.根据权利要求1所述的硅基量子模拟器，其特征在于，所述条栅电极电导台面的材料包括多晶硅材料、金属材料、合金材料，以及具有相变功能、铁电功能和压电功能的导电材料；
8.根据权利要求1所述的硅基量子模拟器，其特征在于，所述第一工
9.根据权利要求8所述的硅基量子模拟器，其特征在于，所述源欧姆接触电极、所述漏欧姆接触电极和所述条栅欧姆接触电极的材料包括：
10.一种硅基量子模拟器制备方法，用于制备权利要求1～9任一项所述的硅基量子模拟器，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种硅基量子模拟器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的硅基量子模拟器，其特征在于，所述类氢杂质原子量子点包括诱导电离的磷、砷或硼杂质原子；以及
3.根据权利要求2所述的硅基量子模拟器，其特征在于，所述周期重复单元为由硅纳米线围成的多边形；
4.根据权利要求3所述的硅基量子模拟器，其特征在于，所述硅纳米线周期网络结构的厚度为3nm～100nm。
5.根据权利要求2所述的硅基量子模拟器，其特征在于，所述杂质原子的掺杂类型统一为n型或p型，且掺杂浓度为5×1017cm-3～5×1021em-3。
6.根据权利要求1所述的硅基量子模拟器，其特征在于，所述栅绝...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩伟华，商姊萌，王博维，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：
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