[发明专利]空穴型半导体电控量子点器件，其制备及使用方法

说明书

本发明公开了空穴型半导体电控量子点器件、其制备和使用方法。其包含非掺杂GaAs衬底(101)、非掺杂AlGaAs层(102)和表面非掺杂GaAs盖帽层(103)；欧姆接触源极(201)和漏极(204)，依次穿过表面非掺杂GaAs盖帽层(103)和非掺杂AlGaAs层(102)，进入非掺杂GaAs衬底(101)至少5nm；至少两个量子点小电极(402)，位于欧姆接触源极(201)和漏极(204)之间，处于表面非掺杂GaAs盖帽层上(103)；绝缘层(500)，覆盖表面非掺杂GaAs盖帽层(103)、量子点小电极(402)、以及欧姆接触源极(201)和漏极(204)的至少一部分；和栅极纳米条带(602)，设置在绝缘层(500)上，并且水平投影与欧姆接触源极(201)、漏极(204)以及量子点小电极(402)均有交叠。还公开了一种量子点装置。

技术领域

本发明涉及量子器件领域，具体地涉及一种空穴型半导体电控量子点器件，其制备及使用方法。

背景技术

科学家们发现，基于量子力学基本原理的量子算法在某些特定问题的处理上比传统的算法能够更快地解决实际问题，因此科学家努力在自然界寻找可以实现量子算法的体系(即量子计算机)。随着摩尔定律的发展，单个处理器件单元尺度呈指数式的减小，纳米级的半导体工艺逐渐进入人们的视野，同时应用也非常广泛，其中之一就是量子计算。半导体电控量子点器件和传统的硅基材料器件有很多的相似性，适合于半导体量子芯片的制作和大规模的量子电路集成，被认为是最有可能实现量子计算机的材料体系之一。

基于GaAs/AlGaAs，Si/SiO₂，Si/SiGe和石墨烯等几种材料体系上加工形成的量子点器件以其较为稳定和受外界干扰较小等优势而被大量研究。在实际研究中发现，空穴载流子的波函数是p轨道，电子载流子是s轨道，因此空穴相比于电子受到原子核的超精细相互作用要小很多。另外空穴相比于电子，有更强的自旋轨道耦合相互作用，使得空穴自旋量子比特有更快的比特翻转速度(比特从0变化到1或者从1变化到0)，有利于获得全电控的长相干快操控的高保真度的空穴自旋量子比特体系。

同经典计算机一样，量子计算机也是由类比于经典比特的量子比特为基本单元，构建优秀性能的量子比特是量子计算研究的重要内容。目前的量子比特编码主要基于电子载流子体系。空穴载流子半导体电控量子点的设计和制备，对丰富半导体量子比特编码和操控研究至关重要。

发明内容

为了得到利用空穴载流子的量子点电学器件，本发明的提供了以下技术方案。

[1]一种空穴型半导体电控量子点器件，所述空穴型半导体电控量子点器件包含：

非掺杂GaAs/AlGaAs异质结基片，所述异质结基片由下到上依次包括非掺杂GaAs衬底(101)、非掺杂AlGaAs层(102)和表面非掺杂GaAs盖帽层(103)；

欧姆接触源极(201)，所述欧姆接触源极(201)依次穿过表面非掺杂GaAs盖帽层(103)和非掺杂AlGaAs层(102)，进入非掺杂GaAs衬底(101)至少5nm；

欧姆接触漏极(204)，所述欧姆接触漏极(204)依次穿过表面非掺杂GaAs盖帽层(103)和非掺杂AlGaAs层(102)，进入非掺杂GaAs衬底(101)至少5nm；

至少两个量子点小电极(402)，所述量子点小电极(402)位于所述欧姆接触源极(201)和欧姆接触漏极(204)之间，处于所述表面非掺杂GaAs盖帽层(103)上；

绝缘层(500)，所述绝缘层(500)覆盖所述表面非掺杂GaAs盖帽层(103)、所述量子点小电极(402)、以及所述欧姆接触源极(201)和欧姆接触漏极(204)的至少一部分；和

栅极纳米条带(602)，所述栅极纳米条带(602)设置在所述绝缘层(500)上，并且其水平投影与所述欧姆接触源极(201)、欧姆接触漏极(204)以及量子点小电极(402)均有交叠。