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微电子所在基于先进FinFET工艺的硅量子器件研究上取得进展

稿件来源:先导中心 顾杰 崔冬萌 发布时间:2021-02-07

  量子计算是未来信息技术发展的重要方向,在一些特定领域具有巨大的应用潜力。基于硅量子点的量子比特是实现通用量子计算最有前景的方案之一,具有较长的退相干时间和出色的CMOS制造工艺兼容性。目前,硅量子点量子计算正处于采用集成电路先进制造工艺实现量子点规模集成并进行量子比特扩展验证的关键研究阶段。 

  近日,微电子所先导中心殷华湘研究员的科研团队基于主流的体硅高κ/金属栅FinFET工艺提出了一种利用拐角效应,在钻石形Fin沟道顶部尖端实现载流子局域化,并借助栅极两边侧墙的电势限制,构建量子点器件结构的方案。该器件在先导中心8工艺线研制成功,集成方案完全兼容主流通用的先进CMOS工艺。在制备过程中,团队先后优化了Fin刻蚀、浅槽隔离等关键工艺,并在高κ/金属栅后栅工艺中利用氧化腐蚀的方法完成了衬底隔离的钻石形硅Fin沟道形貌修饰。在20 K低温电学测试中,该器件展示了明显的库伦振荡电流。通过对库伦菱形稳定图的分析,证明该器件拥有较大的量子点充电能,具备了在传统CMOS FinFET工艺中实现量子点规模化集成的潜力。 

      这一创新成果近期发表在《电气和电子工程师协会电子器件学报》期刊上(IEEE Transactions on Electron DevicesDOI: 10.1109/TED.2020.3039734),微电子所博士生顾杰为该文第一作者。微电子所殷华湘研究员、张青竹副研究员为该文通讯作者。此项研究得到科技部、国家自然科学基金委、中科院的项目资助。  

 

a)器件结构示意图及沟道截面TEM分析;(b)库伦菱形稳定图及部分仿真分析

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