Name: silicon metal-oxide-semiconductor quantum dots for single-electron pumping
Uploaded: 2015-06-03T15:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 58 s
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Ringraziamo KY Tan, P. Sede e GC Tettamanzi per le discussioni utili. Noi riconosciamo il sostegno finanziario da parte del Consiglio australiano di ricerca (Grant No. DP120104710), l&#39;Accademia di Finlandia (Grant No. 251.748, 135.794, 272.806) e il sostegno della australiano impianto di fabbricazione nazionale per la fabbricazione di dispositivi. AR riconosce il sostegno finanziario del regime di Concessione Ricercatore Università del New South Wales Early Career. È anche riconosciuto la fornitura di servizi e supporto tecnico di Aalto University di Micronova Nanofabrication Centre.

Nota: Questo protocollo descrive le procedure utilizzate per fabbricare, pacchetto e testare pompe a singolo elettrone basati sul silicio tecnologia MOS QD. I passi descritti in sotto-sezioni 1 e 2 sono effettuate in un locale senza polvere ISO5, mentre quelli della sezione 3 sono eseguite in laboratori ISO6. Condizioni ambientali sono continuamente controllati. Valori nominali di temperatura e umidità sono fissati a 20 ± 1 ° C e 55% ± 5%, rispettivamente. 1. Microfabrication <ol><li> Campo Oxide <ol><li> Pulire il wafer per immersione nel seguente: etch Piranha (10 min), acqua deionizzata (DI) (10 min), soluzione RCA-2 (DI acqua 175 ml, 30 ml di HCl, H 2 O 2 30 ml a 100 ° C per 10 min), acqua deionizzata (5 min), fluoridrico (HF) Acido diluito in acqua 10: 1 (10 sec), acqua deionizzata (10 min). Usare indumenti protettivi quando si maneggiano HF (ad esempio, occhiali, grembiule e guanti di PVC, PVC). Procedere in ordine indicato. </li><li> Posizionare la cialdain forno di ossidazione a 900 ° C e ossidare in passi come segue: O secco 2 (10 min), O bagnato 2 (40 min), O secca 2 (10 min), N 2 (15 min). </li></ol></li><li> Ohmici Contatti <ol><li> Effettuare fotolitografia e ossido di etch. <ol><li> Depositare uno strato di pochi nm di spessore del promotore di adesione esametildisilazano (HMDS) sulla superficie del wafer come segue: pre-cuocere su una piastra riscaldante a 110 ° C per 1 min, versare ~ 50 ml di HMDS in un bicchiere di vetro, porre il becher e la cialda nella camera a vuoto, evacuare e attendere 2 min. </li><li> Spin un 2-4 micron di spessore strato di fotoresist su entrambi i lati posteriore e anteriore del wafer (3.000-5.000 rpm, 25-40 sec seconda dello spessore desiderato). </li><li> Esporre alla luce ultravioletta nella mascherina di allineamento (10 mW / cm 2 per 4-10 secondi in base a resistere spessore). Post-cuocere su una piastra riscaldante a 110 ° C per 1 min. </li><li> Sviluppare per 1-2 minuti, quindi risciacquare con acqua deionizzata. </li&gt; <li> Eseguire O attacco 2 plasma per 20 min (pressione = 340 mTorr; potenza incidente = 50 W; potenza riflessa &lt;1 W). </li><li> Ossido Etch in soluzione acida HF tamponata (15: 1, 4-5 min, etch tasso ≈ 20 nm / min a 30 ° C). Risciacquare con acqua deionizzata (5 min). Asciugare con N 2. </li></ol></li><li> Rimuovere photoresist per immersione in acetone. Risciacquare in isopropanolo (IPA), poi asciugare con N 2. </li><li> Mettere wafer in forno a 1000 ° C con la fonte di fosforo (N 2 di flusso per 30-45 minuti a seconda della densità desiderata doping). </li><li> Rimuovere strato di ossido contaminato con acido HF diluito in acqua (10: 1, 3-4 min, velocità di attacco ≈ 40 nm / min a 30 ° C), risciacquo in acqua deionizzata (10 min). </li><li> Ossidare come in 1.1.2. </li></ol></li><li> Ossido di gate <ol><li> Ripetere i punti 1.2.1 e 1.2.2. </li><li> Inserire wafer in forno dedicato a 800 ° C e ossidare in passi come segue: O secco 2 (10 min), dichloroethylene + O 2 (20 min), O secco 2 (10-30 minuti a seconda dello spessore dell&#39;ossido desiderato), N 2 (15 min). </li></ol></li><li> Ohmici Contatti Metallizzazione <ol><li> Ripetere il punto 1.2.1. </li><li> Inserire wafer in fascio elettronico evaporatore. Evaporare 100 nm di alluminio a 0,2-0,5 nm / sec e 5 x 10 -6 Torr. </li><li> Bagnare il wafer in N-metil-2-pirrolidone (NMP) sulla piastra riscaldante a 80 ° C per 1 ora per sollevare il metallo. Utilizzare agitazione ultrasonica, se necessario. Sciacquare in IPA per 2 min. Asciugare con N 2. </li><li> Anneal nel formare gas a 400 ° C per almeno 15 min. </li></ol></li></ol> 2. Nanofabrication <ol><li> Wafer a dadi <ol><li> Spin qualsiasi resistere sul wafer di agire come rivestimento protettivo (tipo di parametri di polimeri e di filatura sono irrilevanti in questa fase). </li><li> Utilizzare punta dicer diamante per tagliare il wafer in singoli chip di ~ 10 x 2 mm 2. </li></ol></li><li>Pulizia <ol><li> Mettere a bagno in NMP per 1 ora su piastra a 80 ° C, poi sciacquare in IPA per 2 min. Asciugare con N 2. </li><li> Eseguire O attacco 2 plasma per 5 min (potenza incidente = 50 W; potenza riflessa &lt;1 W). </li><li> Spin pulito con acetone e IPA (7.500 giri, 30 sec) </li></ol></li><li> Marcatori allineamento patterning <ol><li> Spin polimetilmetacrilato (PMMA 950K) A4 resistono (5,000-7,500 rpm, 30 sec a seconda dello spessore desiderato). Spessore di lavoro tipico ≈ 150-200 nm. Bake resist su una piastra riscaldante a 180 ° C per 90 sec. </li><li> Eseguire litografia a fascio elettronico. Utilizzare le seguenti condizioni di scrittura: fascio di energia = 30 keV, la corrente del fascio ≈ 30 Pa, la dose zona ≈ 500-650 uC / cm 2 a seconda delle dimensioni marcatori e resistere spessore. </li><li> Sviluppare resist in una soluzione di metil isobutil chetone e IPA (1: 3) per 40-60 secondi, quindi risciacquare in IPA per 20 sec. Asciugare con N 2 pistola. </li><li> Luogoil chip in fascio elettronico evaporatore. Far evaporare 15 nm di Ti e 65 nm di Pt a 0,2-0,4 nm / sec e 5 x 10 -6 Torr. </li><li> Sollevare il metallo come al punto 1.4.3. </li><li> Pulire circuito integrato come nei passaggi 2.2.2-2.2.3. </li></ol></li><li> Porta patterning <ol><li> Spin resistere come in 2.3.1. </li><li> Eseguire litografia a fascio elettronico. Utilizzare le seguenti condizioni di scrittura per le funzioni ad alta risoluzione: fascio di energia = 30 keV, la corrente del fascio ≈ 30 pA, zona dosi ≈ 500-700 uC / cm 2. Scrivi condizioni per le caratteristiche a bassa risoluzione: fascio di energia = 15 keV, la corrente del fascio ≈ 10 nA, zona dosi ≈ 400-600 uC / cm 2. </li><li> Sviluppare la resistere come in 2.3.3. </li><li> Posizionare il chip in evaporatore termico. Evaporare Al a 0,1-0,4 nm / sec e 1-9 x 10 -6 mbar. Spessore del bersaglio varia a seconda del numero strato, come mostrato nella Figura 2B (25-35 nm Layer 1, 45-65 nm per Layer 2, 75-90 nm per Layer 3). </li><li> Sollevare il metallo come al punto 1.4.3. </li><li> Eseguire Al ossidazione su una piastra riscaldante a 150 ° C per 5-10 min. </li><li> Clean di chip come al punto 2.2.3. </li><li> Ripetere i passaggi 2.4.1-2.4.7 due volte per realizzare la pila di gate 3 strati. </li></ol></li></ol> 3. Dispositivo Packaging <ol><li> Chip Dice come al punto 2.1 </li><li> Sciacquare le conseguenti chip più piccoli in acetone e IPA per 2 min. </li><li> Incollare un singolo pezzo di un circuito stampato (PCB) con PMMA A5. Attendere 2 minuti per asciugare. In alternativa, per migliorare termalizzazione, utilizzare argento epossidica. </li><li> Caricare il PCB su un bonder cuneo e procedere con il cablaggio. </li></ol> 4. Dispositivo test di integrità <ol><li> Montare il PCB che contiene il dispositivo via cavo su una sonda tuffo. </li><li> Collegare le linee elettriche di PCB a quelli della sonda dip. </li><li> Inserire la sonda in un recipiente contenente elio liquido. Procedete lentamente per evitare un eccessivo elio b-off di olio. </li><li> Per ciascuna porta periferica, collegare la corrispondente elettrodo a temperatura della sonda ad una unità sorgente-misura, mantenendo le altre porte a terra. Impostare la corrente rispetto a pochi nA. Spazzare la tensione da zero a 1,5 V a passi di 0,1 V, misurare e registrare la corrente. </li><li> Collegare ciascuna linea di gate ad una sorgente di tensione CC variabile a batteria, la linea di source alla built-in ac sorgente di tensione di un amplificatore lock-in, e la linea di scarico alla porta di ingresso del blocco amplificatore. </li><li> Misurare la sorgente di drenare conduttanza per diverse configurazioni di tensione di gate (vedere Figura 4). <ol><li> Globalmente decollare le tensioni applicate ai cancelli BL, BR, PL, SL e DL, mantenendo C1 e C2 porte a terra. Registrare le caratteristiche &quot;turn-on&quot; del dispositivo. </li><li> Rampa individualmente giù ogni tensione di porta e registrare le caratteristiche dei cancelli &#39;pinch-off&#39;. </li><li> Regolare le tensioni di gate per definire elettrostaticamente un qudot ANTUM impostando le tensioni su BL e BR (PL, SL e DL) minore (maggiore) del turn-on tensioni. Registrare le caratteristiche del blocco Coulomb. </li></ol></li></ol>

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C., Wacquez, R., Rogge, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Charge+pumping+through+a+single+donor+atom.">Charge pumping through a single donor atom.</a> New J. Phys. 16 (6), 063036-1-063036-17 (2014).</li><li>Koppinen, P. J., Stewart, M. D., Zimmerman, N. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+Electrical+Characterization+of+Fully+CMOS-Compatible+Si+Single-Electron+Devices.">Fabrication and Electrical Characterization of Fully CMOS-Compatible Si Single-Electron Devices.</a> IEEE Trans Electron Devices. 60 (1), 78-83 (2013).</li><li>Fletcher, J. 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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Il protocollo riportato in questo documento descrive le tecniche per fabbricare silicio MOS QDs, nonché le procedure sperimentali per testare la loro integrità funzionale e azionabili come pompe a singolo elettrone. Sorprendentemente, adattando il disegno porta, lo stesso processo di fabbricazione può essere impiegato per produrre dispositivi adatti per quantum bit lettura e controllo 17, nonché carica pompaggio 12,13. Prendiamo atto che molti dei parametri di processo citati in questo articolo può variare a seconda degli strumenti di fabbricazione utilizzati (calibratura, la marca o modello), così come il tipo di substrato di silicio (spessori e densità sfondo doping). Quantitativi come la dose di esposizione litografia o tempo di sviluppo, acquaforte o la durata di ossidazione, devono essere accuratamente calibrati e testati per garantire un rendimento affidabile. Inoltre, è fondamentale per evitare la contaminazione incrociata derivante dall&#39;uso degli stessi strumenti di fabbricazione per diversi processi. A tal fine, un numero di crpassaggi itical vengono eseguite con apparecchiature dedicate esclusivamente alla lavorazione del silicio come evaporatori metallo, forni ossigeno e bagni HF. Più in generale, il silicio è disegno un crescente interesse come il materiale di scelta per realizzare pompe di carica 18-20. Ciò è in parte dovuto alla prospettiva attraente di implementare un nuovo standard di corrente elettrica basata quantistica con un processo di silicio compatibile industria. Questo potrebbe beneficiare di tecniche di integrazione ben consolidate e affidabili per la scalabilità, la parallelizzazione e l&#39;overhead di guida. È importante sottolineare che una tecnologia full complementare MOS (CMOS), privi di metalli tradizionali come il materiale porta, ha dimostrato notevolmente ridotto le fluttuazioni di carica di fondo in dispositivi a singolo elettrone 21. Queste fluttuazioni possono essere dannose per il raggiungimento precisioni metrologici. Il protocollo qui descritto limitato alla realizzazione di nano-dispositivi MOS con porte in metallo. Pertanto, per Achieve piena compatibilità industriale e ridurre le fluttuazioni di carica, sarebbe necessario modificare le tecniche di deposizione per cancelli e utilizzare altamente silicio policristallino drogato come materiale di gate. In conclusione, le pompe MOS QD qui discussi hanno recentemente unito il vantaggio tecnologico di silicio con ottime prestazioni in termini di accurata generazione attuale 13. Questo deriva dalla elevata flessibilità del processo di progettazione e di fabbricazione, che permettono uno a impilare strati multipli cancello che conduce ad un sistema compatto e versatile. Il tunability multa risultante del confinamento elettrostatica del punto insieme con la possibilità di ridurre le fluttuazioni di carica di fondo pone le basi per superare le sfide principali osservati in altri semiconduttori pompe 22,23.

Silicon is the material of choice for most of the modern microelectronics. Its properties, combined with advanced lithographic techniques, have allowed the semiconductor industry to achieve very large-scale integration and deliver billions of transistors per chip. The metal-oxide-semiconductor (MOS) technology1 has been the key of this relentless technological progress2. In brief, it is based on a selectively doped Si substrate which is thermally oxidized to grow a high quality SiO2 gate oxide on which a metal gate electrode is deposited. Recently, it has been shown that the use of a stack of gate oxides could be beneficial3 . While present industry standards have reached minimum feature sizes for gate lengths below 20 nm, it is becoming increasingly evident that, at this level of miniaturization, detrimental quantum mechanical phenomena come into play that may complicate further downscaling4.
Remarkably, silicon is also an excellent host material to exploit the quantum properties of the electron charge and spin5. This has broadened its range of applicability to entirely new fields such as quantum computing6 and quantum electrical metrology7. Among other approaches5, the use of a multi-gate MOS technology8,9 has led to electrostatically-defined quantum dots (QD) whose occupancy can be controlled down to single-electron level10. Unlike the conventional MOS process where just one gate per transistor is needed1, these QDs are defined via a three-layer stack of Al/AlyOx gates which are used to selectively accumulate electrons at the Si/SiO2 interface, as well as provide lateral and vertical confinement11.
Although these devices had been originally developed for quantum computing applications, they have also recently shown promising performances as metrological tools12,13. In the field of quantum electrical metrology, a long-standing goal is the redefinition of the unit ampere in terms of the elementary charge (e) 14. In particular, the emphasis is on the realization of nano-scale charge pumps to clock the transfer of individual electrons timely and accurately. These devices generate macroscopic quantized electric currents, I=nef, where f is the frequency of an external driving oscillator and n is an integer. To date, the best performance has been achieved with a GaAs-based pump by yielding a current in excess of 150 pA with a relative uncertainty of 1.2 parts per million15. Recently, silicon MOS QDs have also stood out for the implementation of highly accurate single-electron pumps thanks to the capability of finely tuning the charge confinement13.
Here, we discuss the protocol used for the fabrication of silicon MOS QDs. Furthermore, the cryogenic set-up used to test the integrity of the devices after fabrication and the one to perform charge pumping experiments are described. Finally, representative measurements of quantized electric current are reported.

<table><tbody><tr><td>Silicon wafers</td><td>TOPSIL</td><td></td><td>4 inch</td></tr><tr><td>Electron-beam lithography machine</td><td>Raith gmbh</td><td></td><td>Raith 150two</td></tr><tr><td>E-beam resist&amp;nbsp;</td><td>MicroChem gmbh</td><td></td><td>PMMA</td></tr><tr><td>Photoresist</td><td>MicroChem gmbh</td><td></td><td>nLOF2020</td></tr><tr><td>Mask aligner</td><td>Quintel</td><td></td><td>Q6000</td></tr><tr><td>Photoresist developer</td><td>MicroChem gmbh</td><td></td><td>AZ826MIF</td></tr></tbody></table>

silicon metal-oxide-semiconductor quantum dots for single-electron pumping

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by quantum mechanical effects such as tunneling through single dopants, scattering via interface defects, and discrete trap charge states. However, progress in silicon technology has shown that these phenomena can be harnessed and exploited for a new class of quantum-based electronics. Among others, multi-layer-gated silicon metal-oxide-semiconductor (MOS) technology can be used to control single charge or spin confined in electrostatically-defined quantum dots (QD). These QD-based devices are an excellent platform for quantum computing applications and, recently, it has been demonstrated that they can also be used as single-electron pumps, which are accurate sources of quantized current for metrological purposes. Here, we discuss in detail the fabrication protocol for silicon MOS QDs which is relevant to both quantum computing and quantum metrology applications. Moreover, we describe characterization methods to test the integrity of the devices after fabrication. Finally, we give a brief description of the measurement set-up used for charge pumping experiments and show representative results of electric current quantization.

Fabrication dispositivo Il processo di microfabbricazione iniziale (comma 1 del protocollo) è eseguita su uno spot di 4 pollici ad alta purezza wafer di silicio (di tipo n concentrazione di drogaggio ≈ 10 12 cm 3; resistività&gt; 10 kΩcm; spessore = 310-340 micron ). Lo scopo è di realizzare il substrato su cui verranno depositati gli elettrodi di gate. Questo substrato è costituito da una regione intrinseca ricoperto con ossido di campo (passo 1.1), una regione N + ricoperto con ossido di campo (passo 1.2), una regione intrinseca ricoperto con ossido di gate di alta qualità (passo 1.3), e metallizzato n + regione per contatti ohmici (passo 1.4). Figure 1A-D illustrano le fasi principali del processo di microfabbricazione. figura 1E mostra un&#39;immagine microscopica di un campo substrato dopo microfabbricazione. La dimensione minima per litografia in questa fase è di circa 4 micron. Il SiO2 strato di ossido cresciuto nel passaggio 1.1 ha uno spessore nominale di 100 nm e viene usato come strato di passivazione. Le regioni di tipo N che agiscono come conduttori resistivi vengono ottenuti tramite fosforo diffusione. La densità di destinazione doping è di circa 19 Ottobre - 20 Ottobre cm 3. L&#39;alta qualità SiO 2 che è selettivamente coltivata per essere utilizzato come dielettrico di gate ha uno spessore nominale di 5 nm. La densità dei difetti interfaccia di riferimento è &lt;10 10 eV -1 cm -2 a metà gap. Un forno tripla parete dedicato e appositamente costruito viene utilizzato per questo processo. Questo sistema è progettato per minimizzare la contaminazione da ioni di metalli pesanti e ioni alcalini mobili, nonché evitare che l&#39;umidità diffondere nella camera di ossidazione. Per formare i contatti elettrici, pastiglie alluminio sono depositati mediante evaporazione a fascio elettronico da parte delle regioni di tipo n. Il processo di nanofabbricazione (vedi comma 2) viene eseguita sul chip substrAtes ottenuti dal taglio a cubetti il ​​wafer trattati al punto 1. L&#39;obiettivo è quello di realizzare elettrodi di gate scala nanometrica utilizzati per definire elettrostaticamente i QD MOS. Ogni corsa nanofabbricazione produce tipicamente 10-15 campioni dispositivo completo. Elettronico a scansione (SEM) per immagini di 1-2 dispositivi per partita è di solito effettuata per confermare che le fasi di litografia EBL hanno avuto successo. Poiché immagini SEM può iniettare cariche nel substrato o nelle porte metalliche e causare perdite, solo un piccolo numero di dispositivi è controllata in questo modo, mentre il resto viene testato elettricamente. Dimensione minima per litografia in questa fase è di circa 35 nm. Per ottenere una buona uniformità dei film depositati Al, il metallo viene evaporato a velocità lenta a pochi angstrom / secondo, mentre il substrato è montato su un palco rotante. Ciò è mantenuta a temperatura ambiente, e la granulometria Al è stimata essere di circa 20 nm. La figura 2A illustra le principali fasi del nanofabricatioprocesso n. la figura 2B mostra un&#39;immagine SEM con cui si verifica la corretta definizione degli elettrodi di gate. In generale, si punta alla realizzazione di quelle porte che definiscono direttamente la QD (BL, BR e PL) con la dimensione più piccola possibile caratteristica. Al contrario, quelle porte utilizzati per definire i serbatoi di elettroni (DL e SL) possono avere dimensioni più grandi per evitare la discretizzazione involontaria dei livelli energetici nelle derivazioni. Le nano-scala Ti / Pt marcatori realizzati in fase 2.3 sono utilizzati come riferimento per l&#39;allineamento costante dei tre strati di porte. Platinum è scelto per la sua eccellente contrasto rispetto alla superficie SiO 2 in e-beam. Il titanio è utilizzato per migliorare l&#39;adesione. In tutte le fasi del processo di fabbricazione, pinzette carbonio-tip vengono utilizzati per gestire i chip, in modo da ridurre il rischio di scariche elettrostatiche distruttiva (ESD). Infine, al fine di effettuare misurazioni elettriche su individispositivi doppi, ogni chip ha bisogno di essere spaccati in pezzi più piccoli di circa 2 x 2 mm 2 (comma 3). Ogni pezzo viene poi incollato su un circuito stampato su misura (Rogers R03010 bassa perdita dielettrica) i cui perni sono collegati agli elettrodi del dispositivo attraverso Al fili. Wire bonding è effettuata con una macchina bonder cuneo senza scaldare le fiches. La scelta dei parametri di legame appropriati si basa su due considerazioni. Da un lato, il legame del filo deve perforare l&#39;Al y O x strato termico e fare buon contatto metallo-metallo con pad di gate. D&#39;altra parte, uno stress meccanico eccessivo può provocare un evento che danneggia l&#39;ossido di campo sotto la porta e causare perdite substrato punch-trogolo. Durante il processo di cablaggio, l&#39;uso di un bracciale antistatico è consigliabile per evitare scariche elettrostatiche. In figura 3, un chip con 6 dispositivi individuali è incollato sul PCB. Test di integrità del dispositivo Before caricamento di un dispositivo in una piattaforma di misura della temperatura mK come un frigorifero diluizione, test elettrici preliminari sono effettuati a 4,2 K per controllare l&#39;integrità del campione (vedi sotto-sezione 4 del protocollo). A tal fine, il PCB è inserito in un involucro di rame senza ossigeno ed è montato su una sonda tuffo, che viene poi immerso in un liquido He. Il test iniziale è tipicamente una prova di tenuta che viene eseguita sequenzialmente su ciascuna porta. Un&#39;unità source-misura è collegata ad un elettrodo di gate individuo mentre gli altri sono messi a terra. La tensione è dilagato fino a 1,5 V e la corrente viene misurata alla fonte. All&#39;interno di questo campo di tensione, un cancello che funziona correttamente non dovrebbe condurre, perché lo strato SiO 2 isola il metallo dal substrato di silicio e Al y O x isola porte sovrapposte. Tipicamente, ripartizione ossido si verifica per tensioni superiori a ~ 4 V, in funzione della geometria del dispositivo e ossido thickness. Pertanto, se viene rilevata corrente durante il test, è probabile che almeno uno degli strati di ossido è danneggiato ed il dispositivo deve essere scartato. Generalmente, meno del 10% delle porte mostrano perdite. La resa è noto a risentire sviluppo planare degli elettrodi di gate. In particolare, maggiore è la sovrapposizione delle porte con la regione di ossido di porta più probabile sarà avere gate-to-substrato perdite. Analogamente, maggiore è la sovrapposizione tra le porte di diversi strati più probabile il verificarsi di gate-to-gate perdite sarà. La resa citato è rilevante per cancelli che occupano una superficie di circa 50 micron 2 sul ossido sottile e con interstrato sovrapposizioni di circa 0,5 micron 2. Una volta che il dispositivo ha superato la prova di tenuta iniziale, i contatti di source e drain sono collegati ad un amplificatore lock-in e le porte ad una cremagliera modulare batteria controllabile tensione. In questa configurazione, il dispositivo è acceso on per dilagare a livello globale su tutte le tensioni di gate contemporaneamente. Successivamente, ogni tensione di gate è separatamente decelerato fino mantenendo gli altri al alte tensioni per verificare la capacità delle singole porte per pizzicare la corrente. Figura 4A mostra tracce rappresentativi di tali misurazioni. L&#39;assenza di una o source-drain di conduzione pathway o individuo cancello pinch-off è spesso un&#39;indicazione di qualche tipo di danno cancello come esplosione cancello o discontinuità di metallo. Infine, la corrente di source-drain viene misurata in funzione della polarizzazione source-drain e tensione di gate stantuffo per osservare la firma di Coulomb blocco 16 (vedi Figura 4B). Misure Una volta trovato un dispositivo idoneo, viene smontato Egli liquido, e asciugato con una pistola ad aria calda per evitare la formazione di umidità che può causare ESD. Infine, viene trasferito in un refrigeratore a diluizione. &lt;p class = &quot;jove_content&quot;&gt; Gli esperimenti vengono eseguiti in una diluizione di plastica frigorifero self-made con una temperatura di base di circa 100 mK. Il criostato è in una camera a vuoto immerso in un bagno di 4.2 K elio. Le linee elettriche sono termalizzata al piatto 1 K, che è anche utilizzato per condensare il vapore in entrata 3He. Nella camera di miscelazione, il trasferimento endotermico di 3He atomi dalla 3He-fase ricca in fase 3He-diluita permette al sistema di raggiungere una temperatura di base di circa 100 mK. Come mostrato in figura 5, il frigorifero è dotato di 20 linee cc e 3 linee rf utilizzati per collegare l&#39;elettronica a temperatura ambiente al dispositivo a bassa temperatura. Cinque delle linee DC sono cavi Thermocoax e 15 sono Twisted Pair fili del telaio. Queste linee collegano gli elettrodi di gate del campione da sorgenti di tensione dc alimentati a batteria. Divisori di tensione a RT sono utilizzati per ridurre il rumore elettrico sulle singole porte. Le linee RF sono cavi coassiali semirigidi che sono<html> attenuato di 10 dB a 4 K per ridurre il rumore termico e dc bloccato a RT. Tali linee sono collegate alle guide d&#39;onda complanari dei tee polarizzazione sul PCB. Un amplificatore di transimpedenza basso rumore e di un multimetro digitale vengono utilizzati per misurare la corrente generata dalla pompa. L&#39;elettronica è collegata al dispositivo tramite optoisolatori a batteria per impedire la formazione di anelli di massa. I segnali di trasmissione RF sono prodotti da un generatore di forme d&#39;onda arbitrarie cui massa è isolato da quello del criostato mediante un componente di blocco dc (vedi Figura 5). Il PCB contiene 16 linee in corrente continua pure e 4 linee di tee di polarizzazione utilizzate per combinare tensione CC e CA a bassa temperatura. Come mostrato nella Figura 3B, componenti discreti RC sono utilizzati per realizzare il collegamento a T (R = 100 k, C = 10 nF), e 50 Ω-abbinati guide d&#39;onda complanari integrati vengono utilizzati per la propagazione di segnali ad alta frequenza. e_content &quot;&gt; Una volta che il dispositivo è a temperatura mK, le tensioni di gate sono regolati in modo che solo elettrone occupazione nel QD è raggiunto. In particolare, barriere tunnel sono formati sotto porte BL e BR, ed uno strato di accumulazione di elettroni è indotta sotto cancelli PL, SL e DL. A tal fine, le tensioni di gate barriera sono impostati sotto della loro accensione valori, mentre le porte di accumulo sono polarizzati ad una superiore alla tensione di attivazione. In questo modo un QD è formato sotto cancello PL e il suo sviluppo planare è controllata tramite cancelli C1 e C2 cui tensioni sono mantenuti sotto della loro accensione valori per indurre confinamento elettrostatica. Successivamente, i segnali RF sono accesi per modulare periodicamente la trasparenza della barriera tunnel (s), e l&#39;elettrochimica potenziale del punto. singolo elettrone pompaggio si ottiene con una o due tensioni sinusoidali di guida. Nel caso di azionamento di un segnale, il segnale di pilotaggio viene applicato alla porta BL per modulare il potenziale della barriera tunnel alla mano sinistra -latoQD. Nel caso dell&#39;azionamento due segnali, le eccitazioni ac sono applicati ai cancelli BL e PL per modulare le potenzialità di entrambi barriera sinistra e QD alla stessa frequenza, ma con diverse fasi e ampiezze. Questi ulteriori gradi di libertà permettono di regolare la direzione del trasferimento elettronico 13. Un processo iterativo è in genere necessario per regolare i principali parametri sperimentali (ad esempio, ampiezze di segnale auto rf / fasi e tensioni di gate dc) e raggiungere ottimale di quantizzazione corrente. Si noti che nessuno dei due protocolli di pompaggio ha bisogno di un pregiudizio pozzo-sorgente per eseguire trasferimenti di carica. Quindi, gli elettrodi di source e drain sono messi a terra durante il funzionamento della pompa. La Figura 6 mostra la caratteristica altipiani corrente multipli interi di ef ottenuti applicando un segnale di pilotaggio a due sinusoidale alla barriera di ingresso (BL) e lo stantuffo (PL) cancello. Questi dati sono presi ad una frequenza di pilotaggio relativamente bassa (10 MHz) per i quali il t<html> sintonia dei parametri può essere eseguita rapidamente. In pratica, è desiderabile utilizzare la pompa diverse centinaia di MHz, tipicamente richiedono un gran ottimizzazione dei parametri più fine 13. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52852/52852fig1.jpg" /> Figura 1. Microfabrication. (A) Schema di fasi principali microfabbricazione. Cartoni animati, non sono in scala. (B) Realizzazione di una regione drogata per contatti ohmici. (C) Realizzazione di ossido di gate. (D) Metallizzazione di contatti ohmici. (E) microscopico immagine di un singolo campo su un chip dopo il processo di microfabbricazione è completato. La dimensione del campo è di 1,2 x 1,2 mm 2. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/52852/52852fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> tenda &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; always &quot;&gt; <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/52852/52852fig2.jpg" /> Figura 2. Nanofabrication. (A) processo di fabbricazione per i singoli strati del cancello. Cartoni animati, non sono in scala. (B) Il cancello nanostruttura a 3 strati utilizzato per esperimenti di carica di pompaggio. Sinistra: SEM immagine di un dispositivo simile a quello utilizzato per le misurazioni. A destra:. Schema viste in sezione del dispositivo attraverso X-cut e Y-cut <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/52852/52852fig2large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/52852/52852fig3.jpg" /> Figura 3. Collegamenti elettrici al campione. (A) layout del circuito stampato. (B) ingrandimento di una regione della PCB con un bias-tee (sinistra) und circuito equivalente (a destra). (C) Un chip con 6 campi singoli incollati sul supporto del chip e fili di collegamento per il collegamento elettrico al PCB. (D) l&#39;immagine al microscopio di un singolo campo dopo nanofabbricazione. (E) SEM immagine del layout porta al centro della regione di ossido di porta. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/52852/52852fig3large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/52852/52852fig4.jpg" /> Figura 4. prove preliminari. (A) Corrente Source-drain ac (root mean square) in funzione delle diverse tensioni di gate. Le tracce sono misurati con un amplificatore lock-in con 50 mV RMS eccitazione a 113.17 Hz. Per tensione di gate individuo ripercorre le tensioni di gate rimanenti sono fissate a 2,0 V, ad eccezione di V C1 = &lt;em&gt; V C2 = 0,0 V. (B) Mappa dei colori di corrente source-drain in funzione di stantuffo tensione gate e source-drain tensione di polarizzazione. V SL = 1,5 V, V DL = 1,15 V, V BL = 0,78 V, V BR = 0,85 V, V C1 = V C2 = 0.0 V. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/52852/52852fig4large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/52852/52852fig5.jpg" /> Linee Figura 5. Schema della misurazione di set-up. Venti dc (verde) e tre linee coassiali RF (nero) Collegare l&#39;elettronica RT al PCB. Lo scarico della pompa (viola) è collegato ad un amplificatore di transimpedenza e un multimetro digitale tramite un optoisolatore, mentre il contatto di source (rosso) è collegato a massa. Collegamenti di terra separati (indicated con simboli diversi) vengono utilizzati per la strumentazione elettronica e le linee elettriche criostato. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/52852/52852fig5large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/52852/52852fig6.jpg" /> Figura 6. quantizzazione attuale. Corrente pompato in funzione di V PL per due-segnale pilota sinusoidale di f = 10 MHz applicato a cancelli BL e PL. Differenza di fase = 49 °, V RF PL = V RF BL = 0,31 V pp. La posizione ideale degli altipiani di pompaggio a multipli interi di ef sono mostrati come linee orizzontali rosse. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/52852/52852fig6large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a>

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Silicon Metal-oxide-semiconductor Quantum Dots for Single-electron Pumping

The fabrication process and experimental characterization techniques relevant to single-electron pumps based on silicon metal-oxide-semiconductor quantum dots are discussed.

Silicio metallico-ossido-semiconduttore Quantum Dots per singolo elettrone di pompaggio

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by ...

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14.4K Views.  University of New South Wales. The fabrication process and experimental characterization techniques relevant to single-electron pumps based on silicon metal-oxide-semiconductor quantum dots are discussed.

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Compact Quantum Dots for Single-molecule Imaging

Single-molecule imaging is an important tool for understanding the mechanisms of biomolecular function and for visualizing the spatial and temporal heterogeneity of molecular behaviors that underlie cellular biology 1-4. To image an individual molecule of interest, it is typically conjugated to a fluorescent tag (dye, protein, bead, or quantum dot) and observed with epifluorescence or total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy. While dyes and fluorescent proteins have been the mainstay of fluorescence imaging for decades, their fluorescence is unstable under high photon fluxes necessary to observe individual molecules, yielding only a few seconds of observation before complete loss of signal. Latex beads and dye-labeled beads provide improved signal stability but at the expense of drastically larger hydrodynamic size, which can deleteriously alter the diffusion and behavior of the molecule under study.
Quantum dots (QDs) offer a balance between these two problematic regimes. These nanoparticles are composed of semiconductor materials and can be engineered with a hydrodynamically compact size with exceptional resistance to photodegradation 5. Thus in recent years QDs have been instrumental in enabling long-term observation of complex macromolecular behavior on the single molecule level. However these particles have still been found to exhibit impaired diffusion in crowded molecular environments such as the cellular cytoplasm and the neuronal synaptic cleft, where their sizes are still too large 4,6,7.
Recently we have engineered the cores and surface coatings of QDs for minimized hydrodynamic size, while balancing offsets to colloidal stability, photostability, brightness, and nonspecific binding that have hindered the utility of compact QDs in the past 8,9. The goal of this article is to demonstrate the synthesis, modification, and characterization of these optimized nanocrystals, composed of an alloyed HgxCd1-xSe core coated with an insulating CdyZn1-yS shell, further coated with a multidentate polymer ligand modified with short polyethylene glycol (PEG) chains (Figure 1). Compared with conventional CdSe nanocrystals, HgxCd1-xSe alloys offer greater quantum yields of fluorescence, fluorescence at red and near-infrared wavelengths for enhanced signal-to-noise in cells, and excitation at non-cytotoxic visible wavelengths. Multidentate polymer coatings bind to the nanocrystal surface in a closed and flat conformation to minimize hydrodynamic size, and PEG neutralizes the surface charge to minimize nonspecific binding to cells and biomolecules. The end result is a brightly fluorescent nanocrystal with emission between 550-800 nm and a total hydrodynamic size near 12 nm. This is in the same size range as many soluble globular proteins in cells, and substantially smaller than conventional PEGylated QDs (25-35 nm).

We describe the preparation of colloidal quantum dots with minimized hydrodynamic size for single-molecule fluorescence imaging. Compared to conventional quantum dots, these nanoparticles are similar in size to globular proteins and are optimized for single-molecule brightness, stability against photodegradation, and resistance to nonspecific binding to proteins and cells.

Compact Quantum Dots per singola molecola Imaging

Single-molecule imaging is an important tool for  understanding the mechanisms of biomolecular function and for visualizing the  spatial and temporal ...

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Gradient Echo Quantum Memory in Warm Atomic Vapor

Gradient echo memory (GEM) is a protocol for storing optical quantum states of light in atomic ensembles. The primary motivation for such a technology is that quantum key distribution (QKD), which uses Heisenberg uncertainty to guarantee security of cryptographic keys, is limited in transmission distance. The development of a quantum repeater is a possible path to extend QKD range, but a repeater will need a quantum memory. In our experiments we use a gas of rubidium 87 vapor that is contained in a warm gas cell. This makes the scheme particularly simple. It is also a highly versatile scheme that enables in-memory refinement of the stored state, such as frequency shifting and bandwidth manipulation. The basis of the GEM protocol is to absorb the light into an ensemble of atoms that has been prepared in a magnetic field gradient. The reversal of this gradient leads to rephasing of the atomic polarization and thus recall of the stored optical state. We will outline how we prepare the atoms and this gradient and also describe some of the pitfalls that need to be avoided, in particular four-wave mixing, which can give rise to optical gain.

The gradient echo memory is a protocol for storing optical quantum states of light in atomic ensembles. Quantum memory is a key element of a quantum repeater, which can extend the range of quantum key distribution. We outline the operation of the scheme when implemented in a 3-level atomic ensemble.

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Gradient  echo memory (GEM) is a protocol for storing optical quantum states of light in  atomic ensembles. The primary motivation for such a technology ...

Nanofabrication of Gate-defined GaAs/AlGaAs Lateral Quantum Dots

A quantum computer is a computer composed of quantum bits (qubits) that takes advantage of quantum effects, such as superposition of states and entanglement, to solve certain problems exponentially faster than with the best known algorithms on a classical computer. Gate-defined lateral quantum dots on GaAs/AlGaAs are one of many avenues explored for the implementation of a qubit. When properly fabricated, such a device is able to trap a small number of electrons in a certain region of space. The spin states of these electrons can then be used to implement the logical 0 and 1 of the quantum bit. Given the nanometer scale of these quantum dots, cleanroom facilities offering specialized equipment- such as scanning electron microscopes and e-beam evaporators- are required for their fabrication. Great care must be taken throughout the fabrication process to maintain cleanliness of the sample surface and to avoid damaging the fragile gates of the structure. This paper presents the detailed fabrication protocol of gate-defined lateral quantum dots from the wafer to a working device. Characterization methods and representative results are also briefly discussed. Although this paper concentrates on double quantum dots, the fabrication process remains the same for single or triple dots or even arrays of quantum dots. Moreover, the protocol can be adapted to fabricate lateral quantum dots on other substrates, such as Si/SiGe.

This paper presents a detailed fabrication protocol for gate-defined semiconductor lateral quantum dots on gallium arsenide heterostructures. These nanoscale devices are used to trap few electrons for use as quantum bits in quantum information processing or for other mesoscopic experiments such as coherent conductance measurements.

Nanofabbricazione di Porta definiti-GaAs / AlGaAs laterali Quantum Dots

A quantum computer is a computer composed of quantum bits (qubits) that takes advantage of quantum effects, such as superposition of states and ...

Resonance Fluorescence of an InGaAs Quantum Dot in a Planar Cavity Using Orthogonal Excitation and Detection

The ability to perform simultaneous resonant excitation and fluorescence detection is important for quantum optical measurements of quantum dots (QDs). Resonant excitation without fluorescence detection &#8211; for example, a differential transmission measurement &#8211; can determine some properties of the emitting system, but does not allow applications or measurements based on the emitted photons. For example, the measurement of photon correlations, observation of the Mollow triplet, and realization of single photon sources all require collection of the fluorescence. Incoherent excitation with fluorescence detection &#8211; for example, above band-gap excitation &#8211; can be used to create single photon sources, but the disturbance of the environment due to the excitation reduces the indistinguishability of the photons. Single photon sources based on QDs will have to be resonantly excited to have high photon indistinguishability, and simultaneous collection of the photons will be necessary to make use of them. We demonstrate a method to resonantly excite a single QD embedded in a planar cavity by coupling the excitation beam into this cavity from the cleaved face of the sample while collecting the fluorescence along the sample&#39;s surface normal direction. By carefully matching the excitation beam to the waveguide mode of the cavity, the excitation light can couple into the cavity and interact with the QD. The scattered photons can couple to the Fabry-Perot mode of the cavity and escape in the surface normal direction. This method allows complete freedom in the detection polarization, but the excitation polarization is restricted by the propagation direction of the excitation beam. The fluorescence from the wetting layer provides a guide to align the collection path with respect to the excitation beam. The orthogonality of the excitation and detection modes enables resonant excitation of a single QD with negligible laser scattering background.

Resonant excitation of a single self-assembled quantum dot can be achieved using an excitation mode orthogonal to the fluorescence collection mode. We demonstrate a method using the waveguide and Fabry-Perot modes of a planar microcavity surrounding the quantum dots. The method allows complete freedom in the detection polarization.

Fluorescenza di risonanza di un puntino di InGaAs Quantum in una cavità planare usando rilevazione ed eccitazione ortogonale

The ability to perform simultaneous resonant excitation and fluorescence detection is important for quantum optical measurements of quantum dots (QDs). ...

All-electronic Nanosecond-resolved Scanning Tunneling Microscopy: Facilitating the Investigation of Single Dopant Charge Dynamics

The miniaturization of semiconductor devices to scales where small numbers of dopants can control device properties requires the development of new techniques capable of characterizing their dynamics. Investigating single dopants requires sub-nanometer spatial resolution, which motivates the use of scanning tunneling microscopy (STM). However, conventional STM is limited to millisecond temporal resolution. Several methods have been developed to overcome this shortcoming, including all-electronic time-resolved STM, which is used in this study to examine dopant dynamics in silicon with nanosecond resolution. The methods presented here are widely accessible and allow for local measurement of a wide variety of dynamics at the atomic scale. A novel time-resolved scanning tunneling spectroscopy technique is presented and used to efficiently search for dynamics.

We demonstrate an all-electronic method to observe nanosecond-resolved charge dynamics of dopant atoms in silicon with a scanning tunneling microscope.

Tutto-elettronico nanosecondo-risolto scansione microscopio a effetto tunnel: Agevolare le indagini di drogante singola carica dinamica

The miniaturization of semiconductor devices to scales where small numbers of dopants can control device properties requires the development of new ...

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

A method of carrier number control by electrolyte gating is demonstrated. We have obtained WS2 thin flakes with atomically flat surface via scotch tape method or individual WS2 nanotubes by dispersing the suspension of WS2 nanotubes. The selected samples have been fabricated into devices by the use of the electron beam lithography and electrolyte is put on the devices. We have characterized the electronic properties of the devices under applying the gate voltage. In the small gate voltage region, ions in the electrolyte are accumulated on the surface of the samples which leads to the large electric potential drop and resultant electrostatic carrier doping at the interface. Ambipolar transfer curve has been observed in this electrostatic doping region. When the gate voltage is further increased, we met another drastic increase of source-drain current which implies that ions are intercalated into layers of WS2 and electrochemical carrier doping is realized. In such electrochemical doping region, superconductivity has been observed. The focused technique provides a powerful strategy for achieving the electric-filed-induced quantum phase transition.

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

Here, we present a protocol to control the carrier number in solids by using the electrolyte.

Controllo campo elettrico degli stati elettronici in nanodispositivi2 WS di elettrolita Gating

A method of carrier number control by electrolyte gating is demonstrated. We have obtained WS2 thin flakes with atomically flat surface via scotch tape ...

Enhanced Electron Injection and Exciton Confinement for Pure Blue Quantum-Dot Light-Emitting Diodes by Introducing Partially Oxidized Aluminum Cathode

Stable and efficient red (R), green (G), and blue (B) light sources based on solution-processed quantum dots (QDs) play important roles in next-generation displays and solid-state lighting technologies. The brightness and efficiency of blue QDs-based light-emitting diodes (LEDs) remain inferior to their red and green counterparts, due to the inherently unfavorable energy levels of different colors of light. To solve these problems, a device structure should be designed to balance the injection holes and electrons into the emissive QD layer. Herein, through a simple autoxidation strategy, pure blue QD-LEDs which are highly bright and efficient are demonstrated, with a structure of ITO/PEDOT:PSS/Poly-TPD/QDs/Al:Al2O3. The autoxidized Al:Al2O3 cathode can effectively balance the injected charges and enhance radiative recombination without introducing an additional electron transport layer (ETL). As a result, high color-saturated blue QD-LEDs are achieved with a maximum luminance over 13,000 cd m-2, and a maximum current efficiency of 1.15 cd A-1. The easily controlled autoxidation procedure paves the way for achieving high-performance blue QD-LEDs.

A protocol is presented for fabricating high-performance, pure blue ZnCdS/ZnS-based quantum dots light-emitting diodes by employing an autoxidized aluminum cathode.

Iniezione di elettroni avanzata e confinamento eccitone per diodi emettitori di luce pura blu Quantum-Dot introducendo parzialmente ossidato catodo in alluminio

Stable and efficient red (R), green (G), and blue (B) light sources based on solution-processed quantum dots (QDs) play important roles in next-generation ...

Production and Targeting of Monovalent Quantum Dots

The multivalent nature of commercial quantum dots (QDs) and the difficulties associated with producing monovalent dots have limited their applications in biology, where clustering and the spatial organization of biomolecules is often the object of study. We describe here a protocol to produce monovalent quantum dots (mQDs) that can be accomplished in most biological research laboratories via a simple mixing of CdSe/ZnS core/shell QDs with phosphorothioate DNA (ptDNA) of defined length. After a single ptDNA strand has wrapped the QD, additional strands are excluded from the surface. Production of mQDs in this manner can be accomplished at small and large scale, with commercial reagents, and in minimal steps. These mQDs can be specifically directed to biological targets by hybridization to a complementary single stranded targeting DNA. We demonstrate the use of these mQDs as imaging probes by labeling SNAP-tagged Notch receptors on live mammalian cells, targeted by mQDs bearing a benzylguanine moiety.

We provide detailed instructions for the preparation of monovalent targeted quantum dots (mQDs) from phosphorothioate DNA of defined length. DNA wrapping occurs in high yield, and therefore, products do not require purification. We demonstrate the use of the SNAP tag to target mQDs to cell-surface receptors for live-cell imaging applications.

Produzione e Targeting di monovalente Quantum Dots

The multivalent nature of commercial quantum dots (QDs) and the difficulties associated with producing monovalent dots have limited their applications in ...

Bioingegneria

Scalable Quantum Integrated Circuits on Superconducting Two-Dimensional Electron Gas Platform

To form a coherent quantum transport in hybrid superconductor-semiconductor (S-Sm) junctions, the formation of a homogeneous and barrier-free interface between two different materials is necessary. The S-Sm junction with high interface transparency will then facilitate the observation of the induced hard superconducting gap, which is the key requirement to access the topological phases (TPs) and observation of exotic quasiparticles such as Majorana zero modes (MZM) in hybrid systems. A material platform that can support observation of TPs and allows the realization of complex and branched geometries is therefore highly demanding in quantum processing and computing science and technology. Here, we introduce a two-dimensional material system and study the proximity induced superconductivity in semiconducting two-dimensional electron gas (2DEG) that is the basis of a hybrid quantum integrated circuit (QIC). The 2DEG is a 30 nm thick In0.75Ga0.25As quantum well that is buried between two In0.75Al0.25As barriers in a heterostructure. Niobium (Nb) films are used as the superconducting electrodes to form Nb- In0.75Ga0.25As -Nb Josephson junctions (JJs) that are symmetric, planar and ballistic. Two different approaches were used to form the JJs and QICs. The long junctions were fabricated photolithographically, but e-beam lithography was used for short junctions&#8217; fabrication. The coherent quantum transport measurements as a function of temperature in the presence/absence of magnetic field B are discussed. In both device fabrication approaches, the proximity induced superconducting properties were observed in the In0.75Ga0.25As 2DEG. It was found that e-beam lithographically patterned JJs of shorter lengths result in observation of induced superconducting gap at much higher temperature ranges. The results that are reproducible and clean suggesting that the hybrid 2D JJs and QICs based on In0.75Ga0.25As quantum wells could be a promising material platform to realize the real complex and scalable electronic and photonic quantum circuitry and devices.

Quantum integrated circuits (QICs) consisting of array of planar and ballistic Josephson junctions (JJs) based on In0.75Ga0.25As two-dimensional electron gas (2DEG) is demonstrated. Two different methods for fabrication of the two-dimensional (2D) JJs and QICs are discussed followed by the demonstration of quantum transport measurements in sub-Kelvin temperatures.

Circuiti integrati quantistici scalabili sulla piattaforma di gas elettronico a due dimensioni superconduttori

To form a coherent quantum transport in hybrid superconductor-semiconductor (S-Sm) junctions, the formation of a homogeneous and barrier-free interface ...

Synthesis of In37P20(O2CR)51 Clusters and Their Conversion to InP Quantum Dots

This text presents a method for the synthesis of In37P20(O2C14H27)51 clusters and their conversion to indium phosphide quantum dots. The In37P20(O2CR)51 clusters have been observed as intermediates in the synthesis of InP quantum dots from molecular precursors (In(O2CR)3, HO2CR, and P(SiMe3)3) and may be isolated as a pure reagent for subsequent study and use as a single-source precursor. These clusters readily convert to crystalline and relatively monodisperse samples of quasi-spherical InP quantum dots when subjected to thermolysis conditions in the absence of additional precursors above 200 &#176;C. The optical properties, morphology, and structure of both the clusters and quantum dots are confirmed using UV-Vis spectroscopy, photoluminescence spectroscopy, transmission electron microscopy, and powder X-ray diffraction. The molecular symmetry of the clusters is additionally confirmed by solution-phase 31P NMR spectroscopy. This protocol demonstrates the preparation and isolation of atomically-precise InP clusters, and their reliable and scalable conversion to InP QDs.

Synthesis of In37P20O2CR51 Clusters and Their Conversion to InP Quantum Dots

A protocol for the synthesis of In37P20(O2C14H27)51 clusters and their conversion to indium phosphide quantum dots is presented.

Sintesi di in37P20(O2CR)51 cluster e la loro conversione in INP Quantum Dots

This text presents a method for the synthesis of In37P20(O2C14H27)51 clusters and their conversion to indium phosphide quantum dots. The In37P20(O2CR)51 ...

Silicio metallico-ossido-semiconduttore Quantum Dots per singolo elettrone di pompaggio

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