[发明专利]用于自组织锗硅纳米线的测量装置及其制备方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明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

根据本发明的一方面，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；