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微電子所在基于先進FinFET工藝的硅量子器件研究上取得進展

稿件來源:先導中心 顧杰 崔冬萌 發布時間:2021-02-07

  量子計算是未來信息技術發展的重要方向,在一些特定領域具有巨大的應用潛力。基于硅量子點的量子比特是實現通用量子計算最有前景的方案之一,具有較長的退相干時間和出色的CMOS制造工藝兼容性。目前,硅量子點量子計算正處于采用集成電路先進制造工藝實現量子點規模集成并進行量子比特擴展驗證的關鍵研究階段。 

  近日,微電子所先導中心殷華湘研究員的科研團隊基于主流的體硅高κ/金屬柵FinFET工藝提出了一種利用拐角效應,在鉆石形Fin溝道頂部尖端實現載流子局域化,并借助柵極兩邊側墻的電勢限制,構建量子點器件結構的方案。該器件在先導中心8工藝線研制成功,集成方案完全兼容主流通用的先進CMOS工藝。在制備過程中,團隊先后優化了Fin刻蝕、淺槽隔離等關鍵工藝,并在高κ/金屬柵后柵工藝中利用氧化腐蝕的方法完成了襯底隔離的鉆石形硅Fin溝道形貌修飾。在20 K低溫電學測試中,該器件展示了明顯的庫倫振蕩電流。通過對庫倫菱形穩定圖的分析,證明該器件擁有較大的量子點充電能,具備了在傳統CMOS FinFET工藝中實現量子點規模化集成的潛力。 

      這一創新成果近期發表在《電氣和電子工程師協會電子器件學報》期刊上(IEEE Transactions on Electron DevicesDOI: 10.1109/TED.2020.3039734),微電子所博士生顧杰為該文第一作者。微電子所殷華湘研究員、張青竹副研究員為該文通訊作者。此項研究得到科技部、國家自然科學基金委、中科院的項目資助。  

 

a)器件結構示意圖及溝道截面TEM分析;(b)庫倫菱形穩定圖及部分仿真分析

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