研究課題
正孔スピン量子ビットの高性能化に向けて、前年度に引き続きGe/SiGeヘテロ構造基板を利用した量子ドットデバイスの作製と量子ビット読み出しに向けた測定系の構築を行った。ヘテロ構造基板表面に、ゲート絶縁膜と微小ゲート構造を堆積することで量子ドットデバイスが実現できる。前年度の結果では不安定な量子ドットデバイスの特性が観測されていたため、その一因として考えられる絶縁膜の膜質の改善を中心に新たなデバイス作製プロセスの立ち上げを行った。この評価のため、まず、絶縁膜を金属電極で挟み込んだ構造を作製し、絶縁破壊電圧の評価を行った。絶縁膜の堆積条件の最適化から、十分な性能を持つ絶縁膜の堆積に成功した。次の段階として、電界効果トランジスタを作製し、特性の評価を行った。その結果、特性の不安定さに改善が見られているた。今後はこのデバイス作製プロセスを、すでに開発している微小ゲート構造作製技術と組み合わせることで、量子ドットデバイスを作製し、その評価を行う。Ge量子ドットデバイス作製に並行して、量子ビットの高速な測定に向けた高周波反射測定系の構築を行った。構築した測定系の評価のため、測定系をSi量子ドット構造へ適用し、その高周波特性を調べた。測定では、測定系の感度の評価を行い、その結果から読み出しに十分な速度が得られることが明らかとなった。ここで得られた知見はGe量子ビットの読み出しに重要な役割を果たすことが期待される。
3: やや遅れている
デバイス作製プロセスについては、コロナ禍による昨年度からの遅れが影響し、量子ドットの作製までは至らなかったが、プロセス評価用テストデバイスでは、デバイスの安定性に改善が見られた。同様の作製プロセスを量子ドットデバイス作製に適用することで、安定した動作の量子ドットデバイス作製まで時間はかからないと考えている。並行して進めている高速測定系構築は順調に進んでいるため、全体としてはやや遅れていると評価した。
今後は、開発したデバイス作製技術を量子ドット作製に適用し、極低温における評価を行う。評価のために、これまで開発した読み出し技術を適用することで短時間での評価を目指す。
本年度中に高精度電圧源を購入し、デバイスの電気特性の詳細な評価を行う予定であったが、昨年度からのデバイス作製プロセス立ち上げの遅れを受けて、量子ドットデバイス作製に遅れが生じた。次の年度中に改善したデバイス作製プロセスでの量子ドットデバイスの作製を行い、その評価のため計画通り電圧源を購入する予定である。
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