利用聚焦keV离子对硅电子器件近表面电学特性进行表征

在容错阈值附近实现通用量子逻辑操作，确立了离子注入近表面施主原子作为硅中可扩展量子计算的可行平台。下一步技术进展需要一种确定性制造方法来创建具有数百纳米施主间距的大规模施主阵列。在此，我们通过将低能离子注入具备放大的60x60 $\mu$m敏感区和可容纳大规模施主阵列的超薄3.2 nm栅氧化层的硅器件中，探索该方法的可行性。通过结合配备电子束离子源的聚焦离子束系统与真空内超低噪声离子探测电子学，我们首先展示了一种通用方法，用于空间映射器件对浅注入的12 keV $^1$H$_2^+$离子的响应特性。尽管内部电场较弱，整个敏感区仍获得了接近统一的电荷收集效率。这可由高质量热栅氧化层在离子探测响应中所起的关键作用来解释，其使得离子诱导电荷从注入位置初始快速扩散。接下来，我们调整方法，在未使用任何额外准直的情况下，将数千个24 keV $^{40}$Ar$^{2+}$离子确定性注入预定义微体积中。尽管较重离子种类的电离减弱，仍获得了与注量无关的 $\geq$99.99% 探测置信度。因此，我们的系统不仅代表了一种映射电子器件近表面电学形貌的新方法，也提供了一个面向硅中无掩模大规模施主阵列原型的极具吸引力的框架。