A HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpont Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézetének (HUN-REN EK MFA) kutatói nemzetközi együttműködésben részt vettek a kvantumszámítógépek alapját képező Qubit-ek fejlesztésében. A projekt során egy olyan JoFET Qubit-et fejlesztettek ki, amely kompatibilis a szilícium-alapú gyártási eljárásokkal, így a későbbiekben könnyebben lehet nagy mennyiségben előállítani. A kutatásban korszerű, új típusú anyagokat és saját fejlesztésű karakterizációs eljárásokat alkalmaztak, amelyek lehetővé tették a szükséges szupravezető rétegek kialakítását.
A HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpont Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézetének (HUN-REN EK MFA) kutatói az elmúlt három évben a Nanotudományi és Nanotechnológiai Központtal (C2N) és az Uppsalai Egyetemmel egy konzorciumban részt vettek a SIQUOS projektben, a kvantumszámítógépek alapját képező Qubit-ekfejlesztésében. A SIQUOS projekt eredményei egy lépéssel közelebb visznek a meglevő fejlett szilícium-technológián alapuló, skálázható – azaz a tömeges gyártást lehetővé tevő- Qubit-ek megvalósítása felé. A Qubit-ek kvantum-technológiai eszközök alapelemét képezik, és mind a kvantum számítógépek fejlesztésében, mind újfajta érzékelők megvalósításában szerepük lesz.
A Qubit-ek megvalósítására eddig használt többféle technológia közül a legfejlettebb a szupravezetőket használó szilárdtest-elektronikai megoldás. Ezek alapja általában két szupravezető kontaktus közti gyenge csatolást tartalmazó Josephson junction (JJ). A jelenlegi Qubit-ek egyik típusa, a transmon (JJ-k alagút átmenetes megoldáson alapul) nehezen skálázható, nagy tömegben óriási hőt termel. Ezért egy új megoldás a gatemon (amiben JJ-ket egyetlen gate-kontrollált, szupravezető/félvezető hibrid nanoszerkezetű JJ helyettesíti) került előtérbe, amely jobban illeszkedik a modern félvezető-technológiákhoz. Ez utóbbinak egy speciális változata a JoFET, ahol a félvezető source és drain (S&D) kontaktusok és a félvezető csatorna között jó az elektromos átjárhatóság (transparency) és a gate hossza kellően rövid, az eszközben egy nem-disszipatív szupravezető áram folyik, aminek amplitúdója az elektrosztatikus gate-tel szabályozható.
A SIQUOS projekt elsődleges eredménye, hogy a JoFET-hez szükséges tranzisztor szerkezeteket kizárólag a meglevő Si-technológiával kompatibilis anyagokkal (PtSi, CoSi2 és bórral erősen adalékolt szilícium (Si:B)) hozta létre, így a későbbiekben ezekre alapozva lehet a skálázható gyártást megvalósítani.
A tranzisztor S&D kontaktusaihoz szükséges vékony szupravezető rétegek létrehozásához és a Si/PtSi határfelület Schottky-barrierjének csökkentéséhez új (ám a meglevő technológiákkal kompatibilis) technológiai lépések kidolgozására volt szükség. A CoSi2 szupravezető kontaktus esetén a kívánt minőségű Si/CoSi2 határfelület kialakítása is a hőkezelési lépés módosítását követelte meg. A francia és svéd partnerek technológia fejlesztését a HUN-REN EK MFA atomi szintű szerkezetvizsgálatai segítették, melyben nagy szerep jutott az ország egyetlen gömbi hiba korrigált elektronmikroszkópjának. A projekt során a meglévő karakterizációs technológiai eljárásokat saját módszertani, elektrondiffrakciós fejlesztésekkel bővítették. Ezzel is bebizonyosodott, hogy az ilyen magas technológiai szintű félvezető fejlesztések nem követhetők nagyfelbontású elektronmikroszkópia nélkül.
A 2019-2.1.7-ERA-NET-2022-00032 számú, „Szupravezető szilícium qubit a CMOS technológiában” című projekt a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alap támogatásával valósult meg.
Bővebb információ, kapcsolat:
Dr. Lábár János, projektvezető, labar.janos@ek.hun-ren.hu
