DE102016204201B4

DE102016204201B4 - Verfahren zum Ausbilden eines supraleitenden Weak-Link-Kontakts und Weak-Link-Kontakt mittels silicidierter Nanodrähte für Nanobrücken-Weak-Links

Info

Publication number: DE102016204201B4
Application number: DE102016204201.7A
Authority: DE
Inventors: Josephine B. Chang; Paul Chang; Guy M. Cohen; Michael A. Guillorn
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2015-03-17
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2017-12-28
Anticipated expiration: 2036-03-16
Also published as: US9559284B2; DE102016204201A1; US20160276570A1; CN105984840A; CN105984840B

Abstract

Verfahren zum Ausbilden eines supraleitenden Weak-Link-Kontakts, wobei das Verfahren aufweist: Strukturieren einer ersten Kontakt-Bank, einer zweiten Kontakt-Bank und eines rauen Nanodrahts aus einem Siliciumsubstrat; Umformen des Nanodrahts durch Wasserstoff-Tempern; und Silicidieren des Nanodrahts durch Einbringen eines Metalls in den Nanodraht; wobei: der Nanodraht so geformt, dimensioniert, strukturiert, angeordnet und/oder verbunden ist, dass er eine Weak-Link-Brücke zwischen der ersten Kontakt-Bank und der zweiten Kontakt-Bank bildet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Silicide für Strukturen im Nanometermaßstab wie Nanodrähte und zudem Nanodrähte, die in Nanobrücken verwendet werden.
Ein Silicid ist eine Metall-Silicium-Legierung, wobei das Metall jedes Metall sein kann, das geeignet ist, eine solche Legierung zu bilden einschließlich Kobalt, Nickel, Niobium, Palladium, Platin, Wolfram und anderen in verschiedenen Verbindungen mit Silicium, wie dem Fachmann bekannt ist.
Ein Nanodraht ist, wie der Name sagt, eine längliche Struktur im Nanomaßstab, die in etwa einen Durchmesser im Querschnitt im Bereich von mehreren Nanometern (1 nm = 10^–9 Meter) hat (beispielsweise zwischen etwa 3 nm und 100 nm). In diesem Maßstab sind quantenmechanische Effekte wichtig genug, dass die Eigenschaften der Nanodrähte sich wesentlich von denen von größeren länglichen physischen Strukturen unterscheiden können. Zurzeit werden Nanodrähte in nanoelektronischen Einheiten und nanophotonischen Einheiten eingesetzt.
Quantencomputing ist ein bekanntes Paradigma für Datenverarbeitung, das auf einer grundsätzlich anderen Rechenweise aufbaut als das klassische digitale Rechenmodell. Während die kleinste Informationseinheit in einem klassischen digitalen Computer, ein Bit, zu einem gegebenen Zweitpunkt nur in einem von zwei Zuständen sein kann (entweder „0” oder „1”), kann die kleinste Informationseinheit in einem Quantencomputer, ein Quantenbit oder Qubit, in beiden Zuständen gleichzeitig sein. Diese Eigenschaft von Qubits soll es einem Quantencomputer erlauben, Rechenprobleme effizienter zu lösen, die mit einem klassischen Computer schwer anzugehen sind.
Ein bekannter Vorschlag zum Herstellen einer praktischen Recheneinheit mit Qubits (insbesondere Qubits, die die Quantenkohärenz halten können) und anderen Einheiten mit Quantenschaltungen umfasst Komponenten, die einen oder mehrere Josephson-Kontakte aufweisen. Ein typischer Josephson-Kontakt umfasst zwei Supraleiter, die durch eine Weak-Link-Brücke verbunden sind, etwa einen Isolator oder einen dünnen supraleitenden Draht (Dayem-Brücke). Eine bekannte Art von Weak-Link-Brücke, die als „Nanobrücke” bezeichnet wird, wird durch einen oder mehrere metallische Nanodrähte ausgebildet.
WO 2016/000836 A1 offenbart einen Halbleiter, welcher auf Josephson Verbindungen basiert, und dessen Anwendungen in Bereich des Quanten Computing. Insbesondere ein einstellbares Josephson-Verbindungs-Gerät wurde dazu verwendet einen gateable Transmon Qubit zu konstruieren. Einer Ausführungsform offenbart eine Josephson Verbindung, die eine verlängerte Hybrid-Nanostruktur umfasst, die Supraleiter-(Al) und Halbleiter-(InAs)Materialien sowie eine schwache Verbindung umfasst. Die halbleitente schwache Verbindung wird durch ein Halbleitersegment der verlängerten Hybrid-Nanostruktur gebildet, wo das Halbleitermaterial entfernt wurde.
KURZDARSTELLUNG
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Ausbilden eines supraleitenden Weak-Link-Kontakts vorgesehen, das die folgenden Schritte (nicht notwendigerweise in der folgenden Reihenfolge) ausführt: (i) Strukturieren einer ersten Kontakt-Bank, einer zweiten Kontakt-Bank und eines rauen Nanodrahts aus einem Siliciumsubstrat; (ii) Umformen des Nanodrahts durch Wasserstoff-Tempern; und (iii) Silicidierung des Nanodrahts durch Einbringen eines Metalls in den Nanodraht. Der Nanodraht ist so geformt, dimensioniert, strukturiert, angeordnet und/oder verbunden, dass er eine Weak-Link-Brücke zwischen der ersten Kontakt-Bank und der zweiten Kontakt-Bank bildet.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Ausbilden eines supraleitenden Weak-Link-Kontakts vorgesehen, das die folgenden Schritte (nicht notwendigerweise in der folgenden Reihenfolge) ausführt: (i) Strukturieren einer ersten Kontakt-Bank, einer zweiten Kontakt-Bank und eines rauen Nanodrahts aus einem Siliciumsubstrat; (ii) Umformen des Nanodrahts durch Wasserstoff-Tempern; und (iii) Silicidierung des Nanodrahts durch Diffusion von Metall durch mindestens die erste Kontakt-Bank. Der Nanodraht ist so geformt, dimensioniert, strukturiert, angeordnet und/oder verbunden, dass er eine Weak-Link-Brücke zwischen der ersten Kontakt-Bank und der zweiten Kontakt-Bank bildet.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein supraleitender Kontakt vorgesehen, der Folgendes aufweist: (i) eine erste Kontakt-Bank; (ii) eine zweite Kontakt-Bank; und (iii) einen silicidierten Nanodraht. Der silicidierte Nanodraht ist so geformt, dimensioniert, strukturiert, angeordnet und/oder verbunden, dass er eine Weak-Link-Brücke zwischen der ersten Kontakt-Bank und der zweiten Kontakt-Bank bildet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine orthographische Draufsicht einer ersten Ausführungsform einer Halbleiterstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine orthographische Draufsicht einer zweiten Ausführungsform einer Halbleiterstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung der Struktur der zweiten Ausführungsform zusammenfasst, gemäß der vorliegenden Erfindung;
4A ist eine Schnittansicht eines Teils der Struktur der zweiten Ausführungsform in einem ersten Stadium des Herstellungsverfahrens;
4B ist eine Schnittansicht eines Teils der Struktur der zweiten Ausführungsform in einem zweiten Stadium des Herstellungsverfahrens;
4C ist eine Schnittansicht eines Teils der Struktur der zweiten Ausführungsform in einem dritten Stadium des Herstellungsverfahrens;
4D ist eine Schnittansicht eines Teils der Struktur der zweiten Ausführungsform in einem vierten Stadium des Herstellungsverfahrens;
4E ist eine Schnittansicht eines Teils der Struktur der zweiten Ausführungsform in einem fünften Stadium des Herstellungsverfahrens.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwenden silicidierte Nanodrähte als Nanobrücken für Qubit-Anwendungen und/oder Weak-Link-Brücken in Einheiten mit Weak-Link-Brücken. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird: (i) ein supraleitender silicidierter Nanodraht als Weak-Link-Brücke in einem Josephson-Kontakt verwendet und/oder (ii) ein Herstellungsverfahren verwendet, um silicidierte Nanodrähte mit streng kontrollierten Eigenschaften einschließlich ihrer Abmessungen und/oder Kristallstrukturen herzustellen, die für die Verwendung in solchen Kontakten und insbesondere in Qubit-Anwendungen geeignet sind.
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften, Charakteristika und/oder Vorteile: (i) ein Verfahren, das einen silicidierten Einkristall-Nanodraht oder einen polykristallinen silicidierten Nanodraht selektiv herstellt (die elektronischen Eigenschaften von einkristallinen gegenüber polykristallinen Siliciden können sich unterscheiden); (ii) ein Verfahren, das eine sehr gute Kontrolle über den Querschnitt des Nanodrahts bietet (beispielsweise durch Herstellen eines rechteckigen Querschnitts und Abrunden der Rechteckform, um einen fast vollständig kreisförmigen Querschnitt zu erreichen); (iii) ein Verfahren, bei dem der Grad der Glätte der Seitenwände des Nanodrahts denjenigen übersteigt, der üblicherweise durch Verfahren wie Lithographie oder reaktives Ionen-Ätzen (RIE) erreicht wird; (iv) ein Verfahren, bei dem die Silicidphase, die sich in dem Draht ausbildet, gesteuert wird (beispielsweise NiSi im Vergleich zu NiSi₂) und/oder (v) eine Verarbeitung von Nanodrähten mit einer oder mehrerer der Eigenschaften, die in (i) bis (iv) angegeben sind.
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung berücksichtigen eine oder mehrere der folgenden Tatsachen, möglichen Probleme und/oder möglichen Verbesserungsbereiche verglichen mit dem Stand der Technik: (i) Weak-Link-Kontakte mit Nanobrücken können verwendet werden, um Tunnelkontakte für verschiedene Anwendungen zu ersetzen, etwa als Qubits (Weak-Link-Kontakte mit Nanobrücken können überall dort verwendet werden, wo Josephson-Kontakte verwendet werden, sind aber speziell auf Qubits anwendbar, da es bei Qubit-Anwendungen von Interesse ist, eine extrem genaue Kontrolle der Qubit-Resonanzfrequenz zu erreichen, was von den elektrischen Eigenschaften des Weak-Links stark abhängt); (ii) Vorteile der Weak-Link-Kontakte mit Nanodrähten umfassen (a) kein verlustbehaftetes Tunnel-Oxid und/oder (b) die Möglichkeit, eine genauere Kontrolle über die Abmessungen der Nanobrücke als die der Dicke, Lücke und/oder Höhe der Tunnelbarriere in Tunnelkontakten zu erreichen und/oder (iii) dass es nichts desto trotz Schwierigkeiten damit gibt, eine supraleitende Nanobrücke aus hochqualitativem Material und/oder mit gut gesteuerten Abmessungen auszubilden. Hochqualitative Materialien stehen beispielsweise für Materialien, die besondere funktionale Eigenschaften (wie Supraleitfähigkeit), eine besondere Einheitlichkeit oder Nicht-Einheitlichkeit der Struktur (etwa ein einkristallines Gitter eines bestimmten Elementarzellentyps) und/oder eine bestimmte Kombination aus einfacheren Substanzen (etwa Silicium und Nickel in einem speziellen stöchiometrischen Verhältnis) aufweisen. Dass gut gesteuerte Abmessungen vorliegen, kann es umfassen, dass Parameter wie Querschnittsradius, Glätte und/oder Form innerhalb einer Toleranz einer bestimmten Spezifikation (Genauigkeit) erhalten werden, sowie dass eine Abweichung solcher Parameter innerhalb einer Toleranz einer bestimmten Spezifikation (Genauigkeit) liegt. Strenge Kontrolle der Abmessungen, der Struktur (beispielsweise als Einkristall) und der Zusammensetzung sind sehr wichtig, um eine Einheit mit berechenbaren Eigenschaften herzustellen. Für eine normale Leitfähigkeit hängt beispielsweise der Widerstand eines Nanodrahts stark von der Rauigkeit der Oberfläche und den Korngrenzen ab, die beide zur Streuung beitragen.
Weiter berücksichtigen einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung: (i) dass Aluminium-Nanobrücken für Weak-Links in Josephson-Kontakten verwendet werden können; (ii) dass Aluminium-Nanobrücken unter Polykristallinität und Rauigkeit der Oberfläche durch direktes Strukturieren leiden; (iii) dass eine Anzahl von Siliciden, die hier als quantenfähige Silicide (QCS) bezeichnet werden, bei Millikelvin-(mK)-Temperaturen supraleitend sind, bei denen Qubits und/oder andere Quantenschaltungen betrieben werden (beispielsweise CoSi₂ bei 1,4 mK, PtSi bei 0,88 mK, Nb₃Si bei 1,5 mK, PdSi bei 0,93 mK und WSi bei 1,8 mK bis 4 mK); (iv) dass Silicium-Nanodrähte in einer einkristallinen Art beispielsweise durch Nickelsilicid (NiSi) silicidiert werden können (Silicide, die niedrige Ausbildungstemperaturen haben, etwa NiSi, PtSi, PdSi oder CuSi, können leichter verwendet werden, wenn silicidierte Nanodrähte ausgebildet werden, da es das Metall ist, das in das Silicium diffundiert; wenn Silicium in das Metall diffundieren würde, könnten sich leicht Lücken bilden) und/oder (v) dass solche silicidierten Nanodrähte daher als Weak-Links verwendet werden können.
In 1 ist eine Struktur 100 gezeigt, nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Struktur 100 umfasst: eine erste Kontakt-Bank 101a; eine zweite Kontakt-Bank 101b und eine silicidierte Nanobrücke (Nanodraht) 102. Die Struktur 100 ist ein Josephson-Kontakt, so dass die Kontakt-Bänke 101a und 101b bei Betriebstemperaturen supraleitend sind, und die silicidierte Nanobrücke 102 ist der Weak-Link zwischen diesen Bänken. Im Allgemeinen können die Bänke aus jedem supraleitenden Material bestehen und müssen nicht gleich sein, solange der Kontakt bei einer Temperatur betrieben wird, bei dem beide Bänke supraleitend sind. Die Richtung, Querschnittsform, Einheitlichkeit, Länge, Durchmesser und andere derartige Eigenschaften der Nanobrücke 102 beeinflussen den normalen Widerstand/Verlust des Weak-Links. Diese Eigenschaften können alle beim Entwurf geändert werden, um erwünschte elektrische Eigenschaften zu erreichen. Der Nanodraht 102 kann normal oder isolierend oder supraleitend sein, wobei die Werte von Länge/Durchmesser, die in jedem besonderen Fall erforderlich sind, sich demgemäß ändern können.
In 2 ist eine orthographische Draufsicht einer silicidierten Halbleiterstruktur 200 nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. In diesem Fall wird die gesamte Struktur 200 silicidiert. Alternativ wird nur ein Teil der Struktur silicidiert. Bevor die Silicium-Grundstruktur mit dem Metall reagierte, war sie ein Halbleiter. Nachdem sie in ein Silicid verwandelt wurde, hatte sie metallische Eigenschaften. Die Struktur 200 ist ein supraleitender anharmonischer Spule-Kondensator(LC)-Schwingkreis, der einen Josephson-Kontakt mit einem silicidierten Nanobrücken-Weak-Link als die induktive Komponente einsetzt. Dieser LC-Schwingkreis kann insgesamt als physischer Träger (oder als ein Teil dessen) für ein Qubit verwendet werden, wobei er auf Grundlage von Ladung, Fluss und/oder Phase der informationstragenden Komponente des Qubits verwendet werden kann. Die Struktur 200 wird auf einem isolierenden Substrat (nicht gezeigt) ausgebildet und umfasst: Kondensator-Arme 205a und 205b; Kontakt-Bänke 210a und 210b und einen silicidierten Nanodraht (Nanobrücke) 215. Eine Schnittansicht des Teils der Struktur 200, der von der gestrichelten Linie 220 umrandet ist, ist in den 4A bis 4E in verschiedenen Stadien eines beispielhaften Herstellungsverfahrens gezeigt, das in dem Flussdiagramm 350 von 3 zusammengefasst ist, dem sich diese Beschreibung nun zuwendet.
Das beispielhafte Verfahren beginnt bei Schritt S355 von 3, wo die Siliciumschicht eines Silicium-auf-Saphir-(SOS)-Substrats in der Form der Schaltung von 2 strukturiert wird. Saphir wird hier gewählt, da es verlustlos mit Bezug auf Mikrowellenfrequenzen ist, eine Eigenschaft, die für die Struktur 200 bei Verwendung in Qubit-Anwendungen erstrebenswert ist. SOS bietet minimale Verluste von Mikrowellen-Übertragungsleitungen im Vergleich mit Saphir. Hochqualitative, einkristalline Silicium-Dünnschichten können über Saphir herstellt werden und die Herstellung von SOS-Wafern ist in der Tat heute ein kommerzielles Verfahren. Andere Substrate, die dem Fachmann bekannt sind, können jedoch auch verwendet werden. Das Strukturieren der Schaltung geschieht durch herkömmliche Techniken, etwa Photolithographie.
Das Ergebnis von Schritt S355 ist in 4A mit Bezug auf den Teil der Struktur 200 gezeigt, der von der gestrichelten Linie 220 (siehe 2) umrandet ist. Man beachte, dass der Abschnitt 202 der Siliciumschicht der Vorläufer der Kontakt-Bänke 210a und 210b und des Nanodrahts 215 ist. 4A zeigt auch ein isolierendes Substrat (Saphir) 201. Zu diesem Zeitpunkt wurde der Nanodraht 215 rau in Form einer vertikalen Finne durch herkömmliche Techniken strukturiert, etwa Lithographie gefolgt von reaktivem Ionen-Ätzen (RIE). Sowohl der Fotolack, der in der Lithographie verwendet wird, als auch der, der in dem RIE-Verfahren verwendet wird, tragen zu der Kantenrauigkeit (LER) in dem strukturierten Nanodraht (dem „rauen Nanodraht”) bei.
Die Verarbeitung fährt mit Schritt S360 fort, in dem der raue Nanodraht in einen verfeinerten Nanodraht innerhalb einer engen Toleranz durch Wasserstoff-Tempern präzise verdünnt, geformt und geglättet wird. Thermisches Tempern unter Druck in einer Wasserstoffumgebung kann glatte, abgerundete Oberflächen und einheitliche Querschnittflächen im atomaren Maßstab herstellen, wobei das genaue Ergebnis durch die Anpassung der Prozessparameter des Temperns wie Temperatur, Druck und Dauer gut steuerbar ist. Das Ergebnis dieses Schritts ist in 4B gezeigt, wo die Kontakt-Bänke 210a und 210b und der Nanodraht 215 aus dem Abschnitt 202 der Siliciumschicht vollständig geformt wurden. Für weitere Informationen über Wasserstoff-Tempern als Mittel zur Herstellung von Silicium-Nanodrähten, siehe beispielsweise ”field-effect transistor; dielectrics; ladder-like configuration formed in silicon-on-insulator layer over buried oxide (BOX) layer”, US-Patentschrift 7 884 004 B2 , deren gesamter Inhalt (einschließlich des gesamten Texts und aller Zeichnungen) hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Die Verarbeitung fährt mit Schritt S365a fort, in dem das gewählte Silicidierungsmetall – Ni in diesem Fall – über ein additives Lift-Off-Verfahren abgeschieden wird. Das belässt Metallschicht-Abschnitte 217 an Orten, an denen die Opferschicht (üblicherweise Fotolack) nicht vorhanden war, bevor sie abgelöst wurde, wie in 4C gezeigt ist. Schritt S365b gibt einen alternativen Ansatz an, in dem eine Oxid-Sperrschicht über dem Nanodraht 215 abgeschieden und strukturiert wird, um ihn davor zu schützen, Silicid durch eine direkte Reaktion zu bilden, im Gegensatz zu epitaktischem Wachstum des Silicids.
Mit anderen Worten wird, um ein Einkristall-Silicid zu erhalten, das Metall (beispielsweise Ni) über den Enden des Drahts abgeschieden, nicht aber über dem Körper des Drahts. Wenn der Wafer getempert wird, reagiert das Metall mit dem Silicium. Das Metall diffundiert von den Enden der Drähte und bildet ein epitaktisches Einkristall-Metallsilicid (etwa NiSi oder NiSi2). Wenn der Draht nicht durch Fotolack oder ein Oxid geschützt wäre, würde das Metall den Körper des Drahts bedecken und, wenn er getempert wird, würde das Metall gleichzeitig mit allen Teilen des Drahts reagieren. Im Ergebnis würden sich Bereiche von Silicid-Polykristallen entlang des Körpers des Drahts bilden.
Die Verwendung eines Oxids statt Lift-Off ist eine Alternative, da das Metall nicht mit dem Oxid reagiert. Anschließend an das Tempern verwandeln sich Bereiche, in denen das Metall in direktem Kontakt mit dem Silicium steht, in ein Silicid. Bereiche, in denen das Metall in Kontakt mit dem Oxid steht, verbleiben als Metall. Ein selektives Ätzen, das das Metall angreift, aber das Silicid nicht angreift, wird dann angewendet, um das nicht reagierte Metall zu ätzen. Dieses Verfahren wird in der Literatur als „Salicid-Verfahren” (selbstausgerichtetes Silicidverfahren) bezeichnet.
Das Verfahren fährt mit Schritt S370 fort, in dem ein Silicid über Diffusion von Metallschicht-Abschnitten 217 in angrenzenden Bulk-Silicium-Elementen einschließlich 205a, 205b, 210a und 210b der Probe während eines zweiten Ausheilverfahrens ausgebildet wird. Dieses zweite Ausheilverfahren unterscheidet sich von dem Wasserstoff-Tempern von Schritt S360. In dieser Ausführungsform beträgt die Wasserstoff-Ausheiltemperatur, die in Schritt S360 verwendet wird, etwa 850°C, wogegen die Ausheiltemperatur in diesem Schritt niedriger ist. Im Allgemeinen hängt die Ausheiltemperatur für das Ausbilden von Silicid von dem Metall und der erwünschten Phase ab. Für Ni würde ein Tempern bei 400 bis 500°C NiSi bilden, während ein Tempern bei 650°C NiSi₂ bilden würde.
Während das Metall weiter in die Bulk-Silicium-Elemente der Probe diffundiert, diffundiert es auch über den Nanodraht 215. Die Ausheilparameter werden so gesteuert, dass diese Diffusion in einer epitaktischen Weise über die ganze Länge des Nanodrahts geschieht, was zu einem silicidierten Nanodraht führt, der eine einkristalline Domäne der erwünschten Metall-Silicium-Phase aufweist. 4D zeigt das Ergebnis dieses Silicidierungsschritts, wobei Silicium-Abschnitte der Probe, die von der gestrichelten Linie 220 umrandet sind, einschließlich der Kontakt-Bänke 210a und 210b und des Nanodrahts 215, jetzt in ein Silicid (NiSi in diesem Beispiel) verwandelt werden. Da Diffusion von beiden Seiten des Drahts stattfindet, wird eine Korngrenze da ausgebildet, wo sich die beiden Kristalle treffen. Dies kann vermieden werden, indem das Verfahren leicht modifiziert wird, etwa indem Metall nur auf einem Ende des Drahts abgeschieden und getempert wird und dann, nachdem der gesamte Draht silicidiert wurde, Metall auf dem Rest der Struktur abgeschieden und wieder getempert wird.
Die Verarbeitung fährt mit Schritt S375 fort, in dem die Metallschicht-Abschnitte 217 über ein Metallätzverfahren entfernt werden, was die erwünschte Schaltungsstruktur einschließlich des Nanodrahts 215 in Silicidform übrig lässt. Dieses Ergebnis ist in 4E gezeigt.
Das oben beschriebene Verfahren kann silicidierte Nanodrähte herstellen, die Schnittflächen zumindest im Bereich von 3 nm bis 200 nm und eine Kantenrauigkeit von weniger als 0,5 nm aufweisen (die Rauigkeit des Siliciumdrahts nach dem Umformen durch Wasserstoff-Tempern beträgt weniger als 0,5 nm; wenn das Silicid als Einkristallmaterial aufgewachsen wird, wird diese Rauigkeit beibehalten; wenn das Silicid als polykristallines Material ausgebildet wird, kann diese Rauigkeit steigen). Dieses beispielhafte Verfahren soll nicht einschränkend wirken und ein Fachmann wird erkennen, dass Varianten dieses Verfahrens ausgeführt werden können, ohne von dem Geist und Schutzumfang der hier offenbarten Erfindung abzuweichen.
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen eine der folgenden Eigenschaften, Charakteristika und/oder Vorteile: (i) sie weisen Silicid-Nanodrähte und/oder Metall-Silicid-Nanobrücken auf; (ii) sie weisen Nanobrücken-Kontakte auf, die aus silicidierten Nanodrähten ausgebildet sind; (iii) sie weisen einen supraleitenden Weak-Link auf; (iv) sie weisen Strukturen auf, die bei Temperaturen supraleitend sind, die für Qubits verwendbar sind; (v) sie verwenden silicidierte Nanodrähte als Nanobrücken für Qubit-Anwendungen; (vi) sie verwenden silicidierte Nanodrähte als Nanobrücken-Weak-Links in Qubits; (vii) sie verwenden silicidierte Nanodrähte als Nanobrücken-Weak-Link-Kontakte für Qubits; (viii) sie werden als Transmons (Transmission Line Shunted Plasma Oscillation Qubits) verwendet; (ix) sie umfassen ein Verfahren zum Erzeugen von Metall-Silicid-Nanodrähten und/oder (x) sie umfassen eine Struktur und Verfahren zum Ausbilden einer Qubit-Struktur, die zu niedrigen Abweichungen führt.
Die Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden zum Zweck der Erklärung angegeben, sollen aber nicht erschöpfend oder einschränkend für die offenbarten Ausführungsformen sein. Viele Änderungen und Varianten werden dem Fachmann klar werden, ohne von dem Schutzumfang und Geist der Erfindung abzuweichen. Die hier verwendete Terminologie wurde gewählt, um die Grundsätze der Ausführungsform, der praktischen Anwendungen oder technischen Verbesserungen gegenüber Technologien am Markt am besten zu erklären oder es anderen Fachleuten zu ermöglichen, die hier offenbarten Ausführungsformen besser zu verstehen.
Die folgenden Absätze benennen einige Definitionen für bestimmte Begriffe oder Ausdrücke zum Zweck des Verständnisses und/oder der Interpretation der Beschreibung.
Und/oder: einschließendes oder, das heißt beispielsweise, dass A, B „und/oder” C bedeutet, dass mindestens eines von A, B oder C wahr und anwendbar ist.
Umformen: Ändern der Formeigenschaften einer physischen Struktur, einschließlich der Oberflächenglätte, des Durchmessers im Querschnitt und/oder der Form im Querschnitt (beispielsweise ein quadratischer Querschnitt im Vergleich zu einem kreisförmigen Querschnitt).
Quantenfähiges Silicid (QCS): ein Silicid, das supraleitende Eigenschaften unter den Betriebsbedingungen einer Schaltungskomponente zeigt, die entworfen wurde, um quantenmechanische Wirkungen auszunutzen.

Claims

Verfahren zum Ausbilden eines supraleitenden Weak-Link-Kontakts, wobei das Verfahren aufweist: Strukturieren einer ersten Kontakt-Bank, einer zweiten Kontakt-Bank und eines rauen Nanodrahts aus einem Siliciumsubstrat; Umformen des Nanodrahts durch Wasserstoff-Tempern; und Silicidieren des Nanodrahts durch Einbringen eines Metalls in den Nanodraht; wobei: der Nanodraht so geformt, dimensioniert, strukturiert, angeordnet und/oder verbunden ist, dass er eine Weak-Link-Brücke zwischen der ersten Kontakt-Bank und der zweiten Kontakt-Bank bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Silicidierung über die ganze Größe des Nanodrahts zu einer einzigen Domäne eines Einkristall-Silicids führt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Metall eines ist von: Kobalt, Nickel, Niobium, Palladium, Platin oder Wolfram.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Silicidierung zum Ausbilden eines Nickel-Silicids über die ganze Größe des Nanodrahts führt, das eine eineindeutige stöchiometrische Beziehung zwischen Nickel und Silicium und eine chemische Formel NiSi aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Metall über ein Lift-Off-Abscheidungsverfahren eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Siliciumsubstrat oben auf einem Saphir-Substrat angeordnet ist.
Verfahren zum Ausbilden eines supraleitenden Weak-Link-Kontakts, wobei das Verfahren aufweist: Strukturieren einer ersten Kontakt-Bank, einer zweiten Kontakt-Bank und eines rauen Nanodrahts aus einem Siliciumsubstrat; Umformen des Nanodrahts durch Wasserstoff-Tempern; und Silicidierung des Nanodrahts durch Diffusion eines Metalls durch zumindest die erste Kontakt-Bank; wobei: der Nanodraht so geformt, dimensioniert, strukturiert, angeordnet und/oder verbunden ist, dass er eine Weak-Link-Brücke zwischen der ersten Kontakt-Bank und der zweiten Kontakt-Bank bildet.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei: die Diffusion des Metalls durch die erste Kontakt-Bank zur Silicidierung eines ersten Teils des Nanodrahts führt; und die Silicidierung des ersten Teils des Nanodrahts eine einzige Domäne eines Einkristall-Silicids in dem ersten Teil des Nanodrahts erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Silicidierung über die gesamte Größe des Nanodrahts zu einer einzigen Domäne eines Einkristall-Silicids führt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Umformen einen Nanodraht erzeugt, der einen Durchmesser im Querschnitt im Bereich von 3 Nanometern bis 200 Nanometern hat.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Umformen einen Nanodraht erzeugt, der eine Kantenrauigkeit von weniger als 0,5 Nanometern hat.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Silicidierung zum Ausbilden eines Nickel-Silicids über die ganze Größe des Nanodrahts führt, das eine eineindeutige stöchiometrische Beziehung zwischen Nickel und Silicium und eine chemische Formel NiSi aufweist.
Supraleitender Kontakt, der aufweist: eine erste Kontakt-Bank; eine zweite Kontakt-Bank; und einen silicidierten Nanodraht; wobei: der silicidierte Nanodraht so geformt, dimensioniert, strukturiert, angeordnet und/oder verbunden ist, dass er eine Weak-Link-Brücke zwischen der ersten Kontakt-Bank und der zweiten Kontakt-Bank bildet.
Kontakt nach Anspruch 13, wobei der silicidierte Nanodraht aus einem quantenfähigen Silicid besteht.
Kontakt nach Anspruch 13, wobei der Kontakt zumindest einen Teil eines physischen Halts für ein Qubit bereitstellt.