同位体組成制御と中性子照射改質に基づくSi量子計算の基礎研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13305025
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 松本 智 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (00101999)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 江藤 幹雄 慶應義塾大学, 理工学部, 専任講師 (00221812) ; 黒田 忠広 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (50327681) ; 桑野 博 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (10051525)
• Keywords: 量子コンピューティング / シリコン / スピンフリーシリコン / 同位体組成制御 / ^<31>P核スピン / 核磁気共鳴 / 単原子層ドーピング / 量子ダイナミックス

Research Abstract

固体量子コンピュータの中で、シリコン量子コンピュータは比較的現実的なアイディアとして注目されている。その基本的な考えは、Si基板内に20nm程度の極微小間隔で^<31>Pを並べ、^<31>P核スピンをキュービットとして用い、上部電極の電圧により核磁気共鳴周波数を制御し、演算を実現しようとすることである。本年度はSi基板内に^<31>Pを配列させるため2つの方法を検討した。1つは、超高真空ガスソースMBE(GS-MBE)装置によりSiH_4/PH_3混合ガスを用いて、PドープSiデルタ層を形成する方法であり、もう1つは高純度^<30>Siデルタ層を作成後に中性子照射(中性子ドーピング)を利用して、^<30>Siを^<31>Pに変換してPドープ層を形成する方法である。前者については、SiH_4/PH_3の流量制御により、PドープSi層を10nm〜1原子層まで作成し、精密ホール効果測定によりシートキャリア密度、ホール移動度等の評価から、ランダムながら平均的に約20nm間隔でP原子が配置されていることを確認した。一方、中性子ドーピング用サンプルに関しては、高純度^<30>SiH_4原料ガスを用い、GS-MBE装置により、天然Si/^<30>Si/天然SiのSi同位体ダブルヘテロ構造を作成することに成功した。結晶性については、RHEEDによりその場で良好な単結晶性を確認した。また、同位体組成の分析は、SIMSを用いて評価した。その結果、ほぼ100%の^<30>Siデルタ層をサンドイッチしたダブルヘテロ構造が形成されていることを確認した。来年度は、この構造をもつサンプルに中性子照射を行い、所要の^<31>Pデルタ構造を作成する予定である。

Research Products

• [Publications] Y.Nakabayashi: "Fractional Contribution in Si Self-Diffusion: Dopant Concentration and Temperature Dependence on Si Self-Diffusion Mechanism"Electrochemical Society Proceedings. 2002-2. 241-247 (2002)
• [Publications] Hirman I. Osman: "Effect of Vacancy Double Acceptor Level on Si Self-Diffusion under Heavy Doping Condition"Electrochemical Society Proceedings. 2002-2. 248-253 (2002)
• [Publications] Y.Nakabayashi: "Self-Diffusion in Intrinsic and Extrinsic Silicon Using Isotopically Pure ^<30>Silion/Natural Silicon Heterostructures"Jpn. J. Appl. Phys.. (in press). (2003)
• [Publications] Y.Nakabayashi: "Type and Charge States of Point Defects in Heavily As-and B-doped Silicon"Computational Matherials Science. (in press). (2003)
• [Publications] Y.Jeong: "Eeffect of various Hydrogenation Processes on Bias-Stress-Induced Degradation in P-Channel Polysilicon Thin Film Transistors"Jpn. J. Appl. Phys.. 41・8. 5048-5054 (2002)
• [Publications] M.Eto: "Multiparameter scaling of the kondo effect in quatum dots with an even number of electrons"Phys. Rev.. B66. 153319-153322 (2002)