ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ОДНОАТОМНЫЙ ОДНОЭЛЕКТРОННЫЙ ТРАНЗИСТОР

SOLID STATE SINGLE ATOMIC SINGLE ELECTRONIC TRANSISTOR

Vasilii Kazmin

student, Don State Technical University,

Russia, Rostov-on-Don

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются основы реализации одноатомного транзистора.

ABSTRACT

The article discusses the basics of the implementation of a single-atom transistor.

Ключевые слова: атом, транзистор, устройства.

Keywords: atom, transistor, devices.

Сканирующий туннельный микроскоп может манипулировать отдельными атомами и молекулами на поверхности, но манипулирование кремнием для создания логических схем атомного масштаба было затруднено из-за ковалентной природы его связей. Стратегии, основанные на сопротивлении, позволили сформировать атомно-размерные структуры на кремниевой поверхности, но для создания устройств, таких как транзисторы, с чрезвычайно короткими длинами затвора, квантовые компьютеры и одиночные примесные оптоэлектронные устройства - требуется возможность позиционирования отдельных атомов в кремниевом кристалле с атомарной точностью. Здесь мы используем комбинацию сканирующей туннельной микроскопии и водород-резист литографии для демонстрации одноатомного транзистора, в котором отдельный легирующий атом фосфора, помещенный внутри архитектуры прибора эпитаксиального кремния, с пространственной точностью одного решетчатого участка.

Устройства, основанные на детерминированном размещении из одиночных легирующих примесей в кремнии, также являются ведущими кандидатами на твердотельные архитектуры квантовых вычислений, потому что примеси могут иметь чрезвычайно длительное время спиновой когерентности и спиновой релаксации, и поскольку такой подход был бы совместим с существующими дополнительными технология металл-оксид-полупроводник (КМОП).

Одно из самых ранних предложений для твердотельного квантового компьютера задействованные массивы одиночных P атомов в кристалле кремния, с двумя ядерными спиновыми состояниями, обеспечивающими основу для кванта бит (кубит). Впоследствии были предложены кубиты на основе спиновых состояний электронов или степени заряженности примесей в кремнии. Это привело к повышению интереса к измерению электронного спектра отдельных примесей в полевых транзисторах, где они вводятся путем низкоэнергетической имплантации или прямой диффузии от сильно легированных зон контакта. Однако, эти подходы ограничены точностью около 10 нм из-за расположения примесей и необходимости поместить отдельные атомы фосфора в кремний с атомарной точностью и регистрации электростатических элементов и считывания устройства для каждой отдельной примеси для практической реализации квантового вычислительного устройства на основе этого подхода. требует На рис. 1 показан подход, который использовали для точечного размещения одного атома фосфора между источником с высоким содержанием фосфора и стоком в плоском, стробированном, монокристаллическом кристалле кремния.

Рисунок 1. Одноатомный транзистор на основе детерминированного позиционирования атома фосфора в эпитаксиальном кремнии

На рис. «A» изображено перспективное СТМ изображение, в котором десорбированные водородом области, определяющие источник (S) и дренажные (D) выводы с двумя затворами (G1, G2) кажутся поднятыми из-за увеличения туннельного тока через кремниевые состояния оборванных связей, которые были созданы. При последующем дозировании с фосфином, эти зоны формируют сильно легированные фосфором копланарные транспортные электроды одноатомной высоты, которые зарегистрированы на один атом фосфора в центре устройства. Также видны несколько атомарных ступеней, проходящих по поверхности Si (100). «В» – крупный план внутренней области устройства (пунктирная рамка в a), где центральным ярким выступом является атом кремния, который выбрасывается, когда одиночный атом фосфора входит в поверхность. «C» – схема химической реакции для детерминированного включения одного атома фосфора в поверхность.

Список литературы:

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/:// (дата обращения 12.03.2022)
2. https://quantum.msu.ru (дата обращения: 13.03.2022)