[实用新型]半导体量子芯片

说明书

一种半导体量子芯片包括：衬底(101)；纯化硅层(102)，其形成在衬底(101)上；二氧化硅层(103)，其形成在纯化硅层(102)上，二氧化硅层(103)上开设有至少五个离子注入区域(200)，至少五个离子注入区域(200)设有欧姆接触窗口，欧姆接触窗口制备有欧姆接触电极(300)；绝缘层(400)，其形成在二氧化硅层(103)上，裸露出欧姆接触电极；顶层金属电极(500)，其形成在绝缘层(400)上。该芯片中高质量纯化硅的应用，提升了半导体量子芯片的性能。

技术领域

本实用新型涉及量子技术领域，尤其涉及一种半导体量子芯片。

背景技术

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，因为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。

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。

半导体量子点器件的载流子包括电子型与空穴型两类，这两类量子点器件在最近的二十年内得到了长足的研究和发展。各项研究也表明，要得到优异的量子器件以应用于量子计算，获得优质的半导体量子芯片材料是重中之重。具体考虑半导体量子芯片的材料选择时，二维载流子气的性质尤为重要，因为二维载流子气内的载流子性质，如载流子密度，载流子的迁移率和载流子稳定性与均匀性都最终决定性地影响了量子器件的比特性质，进一步影响了量子比特操控质量。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

针对于现有的技术问题，本实用新型提出一种半导体量子芯片，用于获取优质的二维载流子半导体量子器件。

(二)技术方案

本实用新型提供一种半导体量子芯片，包括：衬底101；纯化硅层102，其形成在衬底101上；二氧化硅层103，其形成在纯化硅层102上，二氧化硅层103上开设有至少五个离子注入区域200，至少五个离子注入区域 200上设有欧姆接触窗口，欧姆接触窗口制备有欧姆接触电极300；绝缘层400，其形成在二氧化硅层103上，裸露出欧姆接触电极300；顶层金属电极500，其形成在绝缘层400上；顶层金属电极500与离子注入区域 200有重叠区域并且与欧姆接触电极300无重叠区域。

可选地，纯化硅层102为所有硅(Si)同位素²⁸硅、²⁹硅和³⁰硅(²⁸Si、²⁹Si和³⁰Si)的混合物，其中²⁹硅(²⁹Si)的含量小于百万分之一百(100ppm)。

可选地，纯化硅层102厚度为50～200nm，二氧化硅103的厚度为 5～50nm。

可选地，纯化硅层102厚度为150nm，二氧化硅103的厚度为10nm。

可选地，欧姆接触电极300为厚度为2～5nm的钛(Ti)和厚度为 30～70nm的金(Au)的两层金属，或者厚度为2～5nm的钛(Ti)和厚度为30～70nm的铝(Al)的两层金属。

可选地，欧姆接触电极300中钛(Ti)的厚度为5nm，金(Au)或铝 (A1)的厚度为70nm。

可选地，绝缘层400的厚度为20～100nm。