אנו מודים KY טאן, פ לראות וGC Tettamanzi לדיונים מועילים. אנו מכירים תמיכה כספית מהמועצה האוסטרלית למחקר (מענק מס &#39;DP120104710), האקדמיה של פינלנד (מענק מס&#39; 251,748, 135,794, 272,806) ותמיכה ממתקן ייצור הלאומי של אוסטרליה לייצור מכשיר. AR מודה תמיכה כספית מתכנית גרנט חוקר מאוניברסיטת ניו סאות &#39;ויילס בתחילת הקריירה. מתן שירותים נוספים ותמיכה טכנית על ידי אוניברסיטת אלטו בMicronova מרכז Nanofabrication הוא גם הודה.

הערה: פרוטוקול זה מתאר את הנהלים המשמשים לפברק, חבילה ולבדוק משאבות חד-אלקטרון המבוססות על טכנולוגיית MOS QD סיליקון. הצעדים שנדונו בסעיפי משנה 1 ו- 2 מתבצעים בחדר נקי ISO5, בעוד אלה של סעיף 3 מבוצעים במעבדות ISO6. תנאי סביבה ברציפות נשלטים. ערכים נומינליים לטמפרטורה ולחות נקבעים על 20 ± 1 ° C ו -55% ± 5%, בהתאמה. 1. microfabrication <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שדה אוקסיד <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה את הרקיק על ידי טבילה בפעולות הבאה: לחרוט פיראניה (10 דקות), מים ללא יונים (DI) (10 דקות), פתרון RCA-2 (מיליליטר מים DI 175, 30 מיליליטר HCl, H 2 O 2 30 מיליליטר ב 100 מעלות צלזיוס במשך 10 דקות), מים ללא יונים (5 דקות), חומצה הידרופלואורית (HF) מדוללת במים 10: 1 (10 שניות), מים DI (10 דקות). השתמש בגדי מגן בעת טיפול HF (כלומר, משקפי מגן, סינר PVC, וכפפות PVC). המשך בצו האמור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את פרוסותבתנור חמצון ב 900 ° C וחמצן בשלבים כדלקמן: O היבש 2 (10 דקות), O הרטוב 2 (40 דקות), O היבש 2 (10 דקות), N 2 (15 דקות). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מגעים ohmic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע photolithography ותחמוצת לחרוט. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפקיד רובד כמה-ננומטר בעובי של hexamethyldisilazane אמרגן הידבקות (HMDS) על גבי משטח הרקיק כדלקמן: טרום לאפות על פלטה חמה ב 110 מעלות צלזיוס במשך 1 דקות, לשפוך ~ 50 מיליליטר של HMDS בכוס זכוכית, הנח את הכוס והרקיק בתא הוואקום, לפנות ולחכות 2 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין שכבה 2-4-מיקרומטר בעובי של photoresist בשני מאחור ובצדדים מול הרקיק (3,000-5,000 סל&quot;ד, 25-40 שניות בהתאם לעובי רצוי). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשוף לאור אולטרה הסגול בaligner מסכה (10 mW / 2 סנטימטר ל4-10 שניות על פי להתנגד עובי). הודעה לאפות על פלטה חמה ב 110 מעלות צלזיוס במשך 1 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפתח במשך 1-2 דקות, ולאחר מכן לשטוף במים ללא יונים. </li&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע לחרוט 2 פלזמה O במשך 20 דקות (לחץ = 340 mTorr; כוח התקרית = 50 W; משתקף כוח &lt;1 W). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תחמוצת לחרוט בפתרון חומצת HF שנאגרו (15: 1, 4-5 דקות, לחרוט 20 ננומטר / דקת ≈ שיעור על 30 מעלות צלזיוס). יש לשטוף במים ללא יונים (5 דקות). מכה יבשה עם N 2. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר photoresist על ידי טבילה באצטון. לשטוף בisopropanol (IPA), ואז מכה יבשה עם N 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים פרוסה בתנור ב 1000 ° C עם מקור זרחן (N 2 זרימה במשך 30-45 דקות בהתאם לצפיפות סימום רצויה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר שכבת תחמוצת מזוהמת עם חומצת HF מדוללת במים (10: 1, 3-4 דקות, 40 ננומטר / דקת ≈ שיעור לחרוט על 30 מעלות צלזיוס), לשטוף במים ללא יונים (10 דקות). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חמצן כמו ב1.1.2. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השער אוקסיד <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 1.2.1 ו1.2.2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים פרוסה בתנור ייעודי ב 800 מעלות צלזיוס וחמצן בשלבים כדלקמן: O היבש 2 (10 דקות), דichloroethylene + O 2 (20 דקות), O היבש 2 (10-30 דקות בהתאם לעובי תחמוצת רצוי), N 2 (15 דקות). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Metallization מגעים ohmic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלב 1.2.1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים פרוסה במאייד אלומת אלקטרונים. להתאדות של אלומיניום 100 ננומטר ב0.2-0.5 ננומטר / sec ו -5 x 10 -6 Torr. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משרים את פרוסות ב-methyl-2-pyrrolidone N (תמ&quot;א) על פלטה חמה על 80 מעלות צלזיוס במשך שעה 1 להרים את המתכת. השתמש תסיסה קולית במידת צורך. יש לשטוף בIPA למשך 2 דקות. מכה יבשה עם N 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשל ביצירת הגז ב 400 מעלות צלזיוס במשך לפחות 15 דקות. </li></ol></li></ol> 2. Nanofabrication <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ופל חיתוך <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין כל להתנגד על גבי פרוסות סיליקון לפעול כציפוי מגן (סוג של פולימר פרמטרים וספינינג אינם רלוונטיים בשלב זה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש דייסר טיפ יהלומים כדי לחתוך פרוסות לשבבים בודדים של ~ 10 x 2 מ&quot;מ 2. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl">ניקוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משרים בתמ&quot;א עבור שעה 1 על פלטה חשמלית על 80 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן לשטוף בIPA למשך 2 דקות. מכה יבשה עם N 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע לחרוט 2 פלזמה O למשך 5 דקות (כוח תקרית = 50 W; משתקף כוח &lt;1 W). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין נקי עם אצטון וIPA (7,500 סל&quot;ד, 30 שניות) </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דפוסי סמני יישור <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> methacrylate polymethyl ספין (PMMA 950K) A4 להתנגד (5,000-7,500 סל&quot;ד, 30 שניות תלוי בעובי רצוי). עובי אופייני עבודה ≈ 150-200 ננומטר. אופה להתנגד על פלטה חמה ב 180 מעלות צלזיוס במשך 90 שניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע יתוגרפיה קורה אלקטרוני. השתמש בתנאים הבאים לכתוב: אנרגיית אלומה = 30 קאב, ≈ נוכחי קרן 30 הרשות הפלסטינית, במינון אזור ≈ 500-650 μC / 2 סנטימטר בהתאם לגודל סמנים ולהתנגד עובי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפתח להתנגד בפתרון של קטון isobutyl התיל וIPA (1: 3) ל40-60 שניות, ולאחר מכן לשטוף בIPA במשך 20 שניות. מכה יבשה עם N 2 אקדח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקוםהשבב במאייד אלומת אלקטרונים. להתאדות 15 ננומטר של Ti ו -65 ננומטר של Pt ב.2-.4 ננומטר / sec ו -5 x 10 -6 Torr. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרם את המתכת כמו בשלב 1.4.3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שבב נקי כמו בשלבים 2.2.2-2.2.3. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דפוסי שער <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין להתנגד כמו ב2.3.1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע יתוגרפיה קורה אלקטרוני. השתמש בתנאים הבאים לכתוב לתכונות ברזולוציה גבוהה: אנרגיית אלומה = 30 קאב, ≈ נוכחי קרן 30 הרשות הפלסטינית, אזור מינון ≈ 500-700 μC / 2 סנטימטר. הוסף תנאים לתכונות ברזולוציה נמוכות: אנרגיית אלומה = 15 קאב, ≈ נוכחי קרן 10 NA, אזור מינון ≈ 400-600 μC / 2 סנטימטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפתח להתנגד כמו ב2.3.3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את השבב במאייד תרמית. להתאדות אל ב.1-.4 ננומטר / sec ו1-9 x 10 -6 mbar. עובי יעד משתנה בהתאם למספר שכבה, כפי שמוצג באיור 2 (25-35 ננומטר לשכבה 1, 45-65 ננומטר לשכבה 2, 75-90 nמ &#39;לשכבה 3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרם את המתכת כמו בשלב 1.4.3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע חמצון אל על פלטה חמה ב 150 מעלות צלזיוס למשך 5-10 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שבב נקי כמו בשלב 2.2.3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזרו על שלבים 2.4.1-2.4.7 פעמיים כדי להבין את ערימת שער 3-שכבה. </li></ol></li></ol> אריזת 3. התקן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שבב קוביות כמו בשלב 2.1 </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לשטוף את שבבים קטנים יותר וכתוצאה מכך אצטון וIPA למשך 2 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דבק חתיכה ללוח מעגלים מודפס (PCB) עם PMMA A5 בודד. חכה 2 דקות לייבוש. לחלופין, כדי לשפר את thermalization, להשתמש אפוקסי כסף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את PCB על ונדר טריז ולהמשיך בחיווט. </li></ol> 4. בדיקות יושרה התקן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר PCB מכיל מכשיר קווי על בדיקה לטבול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חוט הקווים החשמליים של המעגלים המודפסים לאלה של הבדיקה לטבול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את הבדיקה לכלי המכיל הליום נוזלי. להתקדם לאט כדי להימנע מב הליום מוגזםשמן פעמי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור כל שער מכשיר, לחבר את האלקטרודה בטמפרטורת חדר המקבילה של החללית ליחידת מקור-מידה, תוך שמירה על השערים האחרים מקורקעים. הגדר את נוכחי ציות לכמה Na. לטאטא את המתח בין אפס ל 1.5V בצעדים של 0.1 V, למדוד ולתעד הנוכחי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר כל שורת שער למקור מתח DC משתנה המופעל באמצעות סוללות, קו המקור למובנה במקור AC מתח של מגבר נעילה ב, וקו הניקוז ליציאת הקלט של הנעילה ב מגבר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את המקור לניקוז מוליכות לתצורות מתח שער שונים (ראה איור 4). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעולם כבש את המתח להחיל BL שערים, BR, PL, SL וDL, על ידי שמירה על שערי C1 ו- C2 מקורקעים. רשום את מאפייני &#39;Turn-על&#39; המכשיר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בנפרד כבש את כל מתח שער ולתעד את המאפיינים &#39;קמצוץ פעמי&#39; השערים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את מתח השער להגדיר qu אלקטרוסטטינקודת antum ידי הגדרת המתחים על BL וBR (PL, SL וDL) קטן יותר (יותר) מאשר התור-על מתחים. רשום את מאפייני מצור קולון. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Sze, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Physics of Semiconductor Devices. , 505-566 (1969).</li><li>Moore, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cramming+More+Components+onto+Integrated+Circuits.">Cramming More Components onto Integrated Circuits.</a> Electronics. 38, 114-117 (1965).</li><li>Voisin, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Few-Electron+Edge-State+Quantum+Dots+in+a+Silicon+Nanowire+Field-Effect+Transistor.">Few-Electron Edge-State Quantum Dots in a Silicon Nanowire Field-Effect Transistor.</a> Nano Lett. 14 (4), 2094-2098 (2014).</li><li>Asenov, A., Brown, A. R., Davies, J. H., Savas, K., Slavcheva, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simulation+of+Instrinsic+Parameter+Fluctuations+in+Decananometer+and+Nanometer-Scale+MOSFETs.">Simulation of Instrinsic Parameter Fluctuations in Decananometer and Nanometer-Scale MOSFETs.</a> IEEE Trans Electron Devices. 50 (9), 1837-1852 (2003).</li><li>Zwanenburg, F. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silicon+Quantum+Electronics.">Silicon Quantum Electronics.</a> Rev. Mod. Phys. 85 (3), 961-1019 (2013).</li><li>Ladd, T. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum+computers.">Quantum computers.</a> Nature. 464 (7285), 45-53 (2010).</li><li>Piquemal, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genev&#232;s,+G.+for+a+direct+realization+of+the+quantum+metrological+triangle.">Genev&#232;s, G. for a direct realization of the quantum metrological triangle.</a> Metrologia. 37 (3), 207-211 (2000).</li><li>Angus, S. J., Ferguson, A. J., Dzurak, A. S., Clark, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gate-Defined+Quantum+Dots+in+Intrinsic+Silicon.">Gate-Defined Quantum Dots in Intrinsic Silicon.</a> Nano Lett. 7 (7), 2051-2055 (2007).</li><li>Gonzalez-Zalba, M. F., Heiss, D., Podd, G., Ferguson, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tunable+aluminium-gated+single+electron+transistor+on+a+doped+silicon-on-insulator+etched+nanowire.">Tunable aluminium-gated single electron transistor on a doped silicon-on-insulator etched nanowire.</a> Appl. Phys. Lett. 101 (10), 103504-103501 (2014).</li><li>Lim, W. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+the+single-electron+regime+in+a+highly+tunable+silicon+quantum+dot.">Observation of the single-electron regime in a highly tunable silicon quantum dot.</a> Appl. Phys. Lett. 95 (24), 242102-242103 (2009).</li><li>Yang, C. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spin-valley+lifetimes+in+silicon+quantum+dots+with+tunable+valley+splitting.">Spin-valley lifetimes in silicon quantum dots with tunable valley splitting.</a> Nat. Commun. 4 (2069), (2013).</li><li>Chan, K. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-electron+shuttle+based+on+a+silicon+quantum+dot.">Single-electron shuttle based on a silicon quantum dot.</a> Appl. Phys. Lett. 98 (21), 212103-212101 (2011).</li><li>Rossi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+accurate+single-electron+pump+based+on+a+highly+tunable+silicon+quantum+dot.">An accurate single-electron pump based on a highly tunable silicon quantum dot.</a> Nano Lett. 14 (6), 3405-3411 (2014).</li><li>Pekola, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-electron+current+sources:+Toward+a+refined+definition+of+the+ampere.">Single-electron current sources: Toward a refined definition of the ampere.</a> Rev. Mod. Phys. 85 (4), 1421-1472 (2013).</li><li>Giblin, S. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+a+quantum+representation+of+the+ampere+using+single+electron+pumps.">Towards a quantum representation of the ampere using single electron pumps.</a> Nat. Commun. 3, 930 (2012).</li><li>Kouwenhoven, L. P., Austing, D. G., Tarucha, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Few-electron+quantum+dots.">Few-electron quantum dots.</a> Rep. Prog. Phys. 64 (6), 701-736 (2001).</li><li>Veldhorst, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+addressable+quantum+dot+qubit+with+fault-tolerant+control+fidelity.">An addressable quantum dot qubit with fault-tolerant control fidelity.</a> Nat. Nanotech. 9 (12), 981-985 (2014).</li><li>Fujiwara, A., Nishiguchi, K., Ono, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoampere+charge+pump+by+single-electron+ratchet+using+silicon+nanowire+metal-oxide-semiconductor+field-effect+transistor.">Nanoampere charge pump by single-electron ratchet using silicon nanowire metal-oxide-semiconductor field-effect transistor.</a> Appl. Phys. Lett. 92 (4), 042102-1-042102-3 (2008).</li><li>Jehl, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hybrid+Metal-Semiconductor+Electron+Pump+for+Quantum+Metrology.">Hybrid Metal-Semiconductor Electron Pump for Quantum Metrology.</a> Phys. Rev. X. 3 (2), 021012-1-021012-7 (2013).</li><li>Tettamanzi, G. 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. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stabilization+of+single-electron+pumps+by+high+magnetic+fields.">Stabilization of single-electron pumps by high magnetic fields.</a> Phys. Rev. B. 86 (15), 155311-1-155311-6 (2012).</li><li>Kataoka, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tunable+Nonadiabatic+Excitation+in+a+Single-Electron+Quantum+Dot.">Tunable Nonadiabatic Excitation in a Single-Electron Quantum Dot.</a> Phys. Rev. Lett. 106 (12), 126801-1-126801-4 (2011).</li></ol>

יש המחברים אין לחשוף.

הפרוטוקול דיווח במאמר זה מתאר את הטכניקות לפברק סיליקון MOS QDs, כמו גם הליכי הניסוי כדי לבדוק את השלמות הפונקציונלית שלהם ולהפעיל אותם כמשאבות חד-אלקטרון. למרבה הפלא, על ידי התאמת עיצוב השער, יכול להיות מועסק באותו תהליך הייצור כדי לייצר מכשירים המתאימים לקריאת נתוני ביט קוונטים ושליטה 17, כמו גם תשלום שאיבת 12,13. נציין כי רב של הפרמטרים התהליך שצוטטו במאמר זה עשוי להשתנות בהתאם לכלי הייצור משמשים (כיול, לעשות או מודל), כמו גם בסוג של מצע סיליקון (עובי וצפיפות סימום רקע). כמויות כגון מינון חשיפה ליתוגרפיה או זמן פיתוח, תחריט או משך חמצון, צריכה להיות מכוילות בקפידה ונבדקו כדי להבטיח תשואה אמינה. יתר על כן, חשוב להימנע מזיהום צולב הנובע מהשימוש באותם הכלים ייצור לתהליכים שונים. לשם כך, מספר CRצעדי itical מתבצעים עם ציוד מוקדש אך ורק לעיבוד סיליקון כגון דודי מתכת, תנורי חמצן ואמבטיות HF. באופן כללי יותר, סיליקון הוא ציור התעניינות גוברת בחומר של בחירה לממש משאבות תשלום 18-20. זה נובע בחלקו הפרספקטיבה האטרקטיבי של יישום סטנדרטי זרם חשמלי מבוסס קוונטים חדשים באמצעות תהליך סיליקון תעשייה תואמת. זה היה ליהנות מטכניקות אינטגרציה מבוססות ואמינות ליכולת רחבה, במקביל ומעל הנהיגה. חשוב לציין, טכנולוגית MOS המשלים (CMOS) מלאה, ללא מסורתי מתכת כחומר השער, הראתה תנודות תשלום רקע מופחתות במידה ניכרת במכשירים חד-אלקטרון 21. תנודות מסוג זה יכול להיות מזיקות בהשגת דיוקים המטרולוגי. הפרוטוקול שנדון כאן מוגבל למימוש של ננו-התקני MOS עם שערי מתכת. לכן, כדי achieיש תאימות תעשייתית מלאה ולהפחית תנודות תשלום, זה יהיה צורך לשנות את הטכניקות בתצהיר שער ולהשתמש בסיליקון גבישי מסוממים מאוד כחומר השער. לסיכום, משאבות MOS QD שנדונו כאן לאחרונה בשילוב היתרון הטכנולוגי של סיליקון עם ביצועים טובים מאוד במונחים של דור הנוכחי מדויק 13. זה נובע מהגמישות הגבוהה של תהליך התכנון וייצור המאפשר אחד למחסנית שכבות מרובות שער מוביל למערכת קומפקטית ורבות-תכליתית. Tunability קנס התוצאה של הכליאה אלקטרוסטטי של הנקודה יחד עם הפוטנציאל להפחתת תנודות תשלום רקע מגדיר את הבמה כדי להתגבר על האתגרים העיקריים שנצפו במוליכים למחצה אחרים משאבות 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 border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<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&#160;</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.

Watch this Scientific Journal Video about Silicon Metal-oxide-semiconductor Quantum Dots for Single-electron Pumping at JoVE.com

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.

סיליקון מתכת-תחמוצת-מוליכים למחצה קוונטי נקודות לשאיבת חד אלקטרון

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

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

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Electrical Engineering

Engineering

Unit 1

Basics of Semiconductors

SCIENTISTS IN ACTION

14.2K 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.

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

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.

נקודות קוונטיות קומפקטיות להדמית מולקולה בודדה

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

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.

Gradient Echo קוונטית זיכרון בחם אטומי החמקן

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.

Nanofabrication של השער שהוגדרו GaAs / AlGaAs נקודות קוונטיות רוחביות

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

Scanning-probe Single-electron Capacitance Spectroscopy

The integration of low-temperature scanning-probe techniques and single-electron capacitance spectroscopy represents a powerful tool to study the electronic quantum structure of small systems - including individual atomic dopants in semiconductors. Here we present a capacitance-based method, known as Subsurface Charge Accumulation (SCA) imaging, which is capable of resolving single-electron charging while achieving sufficient spatial resolution to image individual atomic dopants. The use of a capacitance technique enables observation of subsurface features, such as dopants buried many nanometers beneath the surface of a semiconductor material1,2,3. In principle, this technique can be applied to any system to resolve electron motion below an insulating surface.
As in other electric-field-sensitive scanned-probe techniques4, the lateral spatial resolution of the measurement depends in part on the radius of curvature of the probe tip. Using tips with a small radius of curvature can enable spatial resolution of a few tens of nanometers. This fine spatial resolution allows investigations of small numbers (down to one) of subsurface dopants1,2. The charge resolution depends greatly on the sensitivity of the charge detection circuitry; using high electron mobility transistors (HEMT) in such circuits at cryogenic temperatures enables a sensitivity of approximately 0.01 electrons/Hz&frac12; at 0.3 K 5.

Scanning-probe single-electron capacitance spectroscopy facilitates the study of single-electron motion in localized subsurface regions. A sensitive charge-detection circuit is incorporated into a cryogenic scanning probe microscope to investigate small systems of dopant atoms beneath the surface of semiconductor samples.

ספקטרוסקופיה קיבוליות חד אלקטרונים סורקות-בדיקה

The integration of low-temperature scanning-probe techniques and single-electron capacitance spectroscopy represents a powerful tool to study the ...

Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit a strong degradation after annealing due to the occurrence of void formation at the contact/SiO2 interface. This void formation can cause cracking and delamination of the metal film, which can increase the resistance or lead to a complete failure of the NW device. In order to address issues associated with void formation, a technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from the substrates to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN NW devices. This procedure determines the degree of adhesion of the contact films to the substrate and NWs and allows for the characterization of the morphology and composition of the contact interface with the substrate and nanowires. This technique is also useful for assessing the amount of residual contamination that remains from the NW suspension and from photolithographic processes on the NW-SiO2 surface prior to metal deposition. The detailed steps of this procedure are presented for the removal of annealed Ni/Au contacts to Mg-doped GaN NWs on a SiO2 substrate.

A technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from their substrate to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN nanowire devices.

ניתוח של ממשקי מגע עבור יחיד התקני Nanowire גן

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit  a strong degradation after annealing due to the  occurrence of void formation at the ...

Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra shallow and sharp doping profiles at the nanometer scale. In MLCD process the dopant source is a monolayer containing dopant atoms.
In this article a detailed procedure for surface doping of silicon substrate as well as silicon nanowires is demonstrated. Phosphorus dopant source was formed using tetraethyl methylenediphosphonate monolayer on a silicon substrate. This monolayer containing substrate was brought to contact with a pristine intrinsic silicon target substrate and annealed while in contact. Sheet resistance of the target substrate was measured using 4 point probe. Intrinsic silicon nanowires were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) process using a vapor-liquid-solid (VLS) mechanism; gold nanoparticles were used as catalyst for nanowire growth. The nanowires were suspended in ethanol by mild sonication. This suspension was used to dropcast the nanowires on silicon substrate with a silicon nitride dielectric top layer. These nanowires were doped with phosphorus in similar manner as used for the intrinsic silicon wafer. Standard photolithography process was used to fabricate metal electrodes for the formation of nanowire based field effect transistor (NW-FET). The electrical properties of a representative nanowire device were measured by a semiconductor device analyzer and a probe station.

A detailed procedure for surface doping of Silicon interfaces is provided. The ultra-shallow surface doping is demonstrated by using phosphorus containing monolayers and rapid annealing process. The method can be used for doping of macroscopic area surfaces as well as nanostructures.

חד שכבתי לתקשר סימום של משטחי סיליקון וNanowires שימוש בתרכובות זרחן אורגניות

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned and bonded silicon wafers. Unlike confinements in porous materials often used for these types of experiments3, bonded wafers provide predesigned uniform spaces for confinement. The geometry of each cell is well known, which removes a large source of ambiguity in the interpretation of data.
Exceptionally flat, 5 cm diameter, 375 &#181;m thick Si wafers with about 1 &#181;m variation over the entire wafer can be obtained commercially (from Semiconductor Processing Company, for example). Thermal oxide is grown on the wafers to define the confinement dimension in the z-direction. A pattern is then etched in the oxide using lithographic techniques so as to create a desired enclosure upon bonding. A hole is drilled in one of the wafers (the top) to allow for the introduction of the liquid to be measured. The wafers are cleaned2 in RCA solutions and then put in a microclean chamber where they are rinsed with deionized water4. The wafers are bonded at RT and then annealed at ~1,100 &#176;C. This forms a strong and permanent bond. This process can be used to make uniform enclosures for measuring thermal and hydrodynamic properties of confined liquids from the nanometer to the micrometer scale.

A method for permanently bonding two silicon wafers so as to realize a uniform enclosure is described. This includes wafer preparation, cleaning, RT bonding, and annealing processes. The resulting bonded wafers (cells) have uniformity of enclosure ~1%1,2. The resulting geometry allows for measurements of confined liquids and gasses.

ייצור חללים ננומטריים אחידים באמצעות מליטה וופל ישיר סיליקון

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

Construction and Characterization of External Cavity Diode Lasers for Atomic Physics

Since their development in the late 1980s, cheap, reliable external cavity diode lasers (ECDLs) have replaced complex and expensive traditional dye and Titanium Sapphire lasers as the workhorse laser of atomic physics labs1,2. Their versatility and prolific use throughout atomic physics in applications such as absorption spectroscopy and laser cooling1,2 makes it imperative for incoming students to gain a firm practical understanding of these lasers. This publication builds upon the seminal work by Wieman3, updating components, and providing a video tutorial. The setup, frequency locking and performance characterization of an ECDL will be described. Discussion of component selection and proper mounting of both diodes and gratings, the factors affecting mode selection within the cavity, proper alignment for optimal external feedback, optics setup for coarse and fine frequency sensitive measurements, a brief overview of laser locking techniques, and laser linewidth measurements are included.

This is an instructional paper to guide the construction and diagnostics of external cavity diode lasers (ECDLs), including component selection and optical alignment, as well as the basics of frequency reference spectroscopy and laser linewidth measurements for applications in the field of atomic physics.

בנייה ואפיון חיצוני לייזרי חלל דיודה לפיסיקה אטומית

Since their development in the late 1980s, cheap, reliable external cavity diode lasers (ECDLs) have replaced complex and expensive traditional dye and ...

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of biosensing devices. We report on a protocol of using KrF and ArF lasers irradiating Si (001) samples immersed in a liquid environment with low number of pulses and operating at moderately low pulse fluences to induce Si wettability modification. Wafers immersed for up to 4 hr in a 0.01% H2O2/H2O solution did not show measurable change in their initial contact angle (CA) ~75&#176;. However, the 500-pulse KrF and ArF lasers irradiation of such wafers in a microchamber filled with 0.01% H2O2/H2O solution at 250 and 65 mJ/cm2, respectively, has decreased the CA to near 15&#176;, indicating the formation of a superhydrophilic surface. The formation of OH-terminated Si (001), with no measurable change of the wafer&#8217;s surface morphology, has been confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and atomic force microscopy measurements. The selective area irradiated samples were then immersed in a biotin-conjugated fluorescein-stained nanospheres solution for 2 hr, resulting in a successful immobilization of the nanospheres in the non-irradiated area. This illustrates the potential of&#160;the method for selective area biofunctionalization and fabrication of advanced Si-based biosensing architectures. We also describe a similar protocol of irradiation of wafers immersed in methanol (CH3OH) using ArF laser operating at pulse fluence of 65 mJ/cm2 and in situ formation of a strongly hydrophobic surface of Si (001) with the CA of 103&#176;. The XPS results indicate ArF laser induced formation of Si&#8211;(OCH3)x compounds responsible for the observed hydrophobicity. However, no such compounds were found by XPS on the Si surface irradiated by KrF laser in methanol, demonstrating the inability of the KrF laser to photodissociate methanol and create -OCH3 radicals.

We report on a process of in situ alteration of HF treated Si (001) surface into a hydrophilic or hydrophobic state by irradiating samples in microfluidic chambers filled with&#160;H2O2/H2O solution (0.01%-0.5%) or methanol solutions using pulsed UV laser of a relative low pulse fluence.

פינת שינוי סלקטיבית של יכולת רטיבות משטח סיליקון על ידי פעמו UV לייזר הקרנה בסביבה נוזלית

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly known as plasmonic effects, play an important role. Research in this field has, however, been impeded owing to the difficulty of fabricating devices containing the desired functional metal nanostructures. In order to provide a viable strategy to this issue, we herein show a transfer printing-based approach that allows the quick and low-cost integration of designed metal nanostructures with a variety of device architectures, including solar cells. Nanopillar poly(dimethylsiloxane) (PDMS) stamps were fabricated from a commercially available nanohole plastic film as a master mold. On this nanopatterned PDMS stamps, Ag films were deposited, which were then transfer-printed onto block copolymer (binding layer)-coated hydrogenated microcrystalline Si (&#181;c-Si:H) surface to afford ordered Ag nanodisk structures. It was confirmed that the resulting Ag nanodisk-incorporated &#181;c-Si:H solar cells show higher performances compared to a cell without the transfer-printed Ag nanodisks, thanks to plasmonic light trapping effect derived from the Ag nanodisks. Because of the simplicity and versatility, further device application would also be feasible thorough this approach.

A viable transfer printing-based methodology to introduce plasmonic metal nanostructures in solar cells is described. Using nanopillar poly(dimethylsiloxane) stamps, an Ag-based ordered nanodisk array was integrated with standard hydrogenated microcrystalline Si solar cells, which led to improved device performances due to plasmonic light trapping.

שילוב של אור ננו-מבני כסף השמנה בתאים סולריים המוקשה Microcrystalline הסיליקון ידי העברת הדפסה

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...