DE102019101188A1 - Gate-anordnungen in quantenpunktvorrichtungen - Google Patents

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David J. Michalak
Hubert C. George
James S. Clarke
Jeanette M. Roberts
Kanwaljit Singh
Lester Lampert
Nicole K. Thomas
Ravi Pillarisetty
Roman CAUDILLO
Willy Rachmady
Zachary R. Yoscovits
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Abstract

Es sind hier eine Quantenpunktvorrichtung sowie zugehörige Rechenvorrichtungen und Verfahren offenbart. Zum Beispiel kann bei manchen Vorrichtungen eine Quantenpunktvorrichtung Folgendes beinhalten: einen Quantentopfstapel; eine Schicht eines Gate-Dielektrikums oberhalb des Quantentopfstapels; ein erstes Gate-Metall und ein zweites Gate-Metall oberhalb der Schicht des Gate-Dielektrikums; und eine Gate-Wand zwischen dem ersten Gate-Metall und dem zweiten Gate-Metall, wobei sich die Gate-Wand oberhalb der Schicht des Gate-Dielektrikums befindet und die Gate-Wand ein erstes dielektrisches Material und ein von dem ersten dielektrischen Material verschiedenes zweites dielektrisches Material beinhaltet.

Description

  • Hintergrund
  • Quanten-Computing verweist auf das Forschungsgebiet bezüglich Rechensystemen, die quantenmechanische Phänomene verwenden, um Daten zu manipulieren. Diese quantenmechanischen Phänomene, wie etwa Superposition (wobei eine Quantenvariable gleichzeitig in mehreren verschiedenen Zuständen existieren kann) und Verschränkung (wobei mehrere Quantenvariablen unabhängig von dem Abstand zwischen ihnen in Raum oder Zeit in Zusammenhang stehen), weisen keine Analogien in der Welt von klassischem Computing auf und können daher nicht mit klassischen Rechenvorrichtungen implementiert werden.
  • Figurenliste
  • Ausführungsformen werden sogleich durch die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstanden. Um diese Beschreibung zu erleichtern, bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche strukturelle Elemente. Ausführungsformen sind in den Figuren der begleitenden Zeichnungen als Beispiele, nicht als Beschränkung veranschaulicht.
    • 1-3 sind Querschnittsansichten einer Quantenpunktvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
    • 4-38 veranschaulichen verschiedene Beispielstufen bei der Herstellung einer Quantenpunktvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
    • 39-41 sind Querschnittsansichten anderer Quantenpunktvorrichtungen gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
    • 42-44 sind Querschnittsansichten von beispielhaften Quantentopfstapeln und Substraten, die in einer Quantenpunktvorrichtung verwendet werden können, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
    • 45-51 veranschaulichen beispielhafte Basis/Finnen-Anordnungen, die in einer Quantenpunktvorrichtung verwendet werden können, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
    • 52-54 sind Querschnittsansichten einer Quantenpunktvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
    • 55-74 veranschaulichen verschiedene Stufen bei der Herstellung einer Quantenpunktvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
    • 75 ist eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Quantenpunktvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
    • 76 ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Beispielstufe bei der Herstellung der Quantenpunktvorrichtung aus 75 gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
    • 77 ist eine Querschnittsansicht eines Teils einer Quantenpunktvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
    • 78 veranschaulicht eine Ausführungsform einer Quantenpunktvorrichtung mit mehreren Gräben, die in einem zweidimensionalen Array angeordnet sind, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
    • 79 veranschaulicht eine Ausführungsform einer Quantenpunktvorrichtung mit mehreren Gruppen von Gates in einem einzigen Graben auf einen Quantentopfstapel gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
    • 80 ist eine Querschnittsansicht einer Quantenpunktvorrichtung mit mehreren Zwischenverbindungsschichten gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
    • 81 ist eine Querschnittsansicht eines Quantenpunktvorrichtungsgehäuses gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
    • 82A und 82B sind Draufsichten eines Wafers und von Dies, die beliebige der hier offenbarten Quantenpunktvorrichtungen beinhalten können.
    • 83 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Vorrichtungsbaugruppe, die beliebige der hier offenbarten Quantenpunktvorrichtungen beinhalten kann.
    • 84 ist ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Verfahrens zum Betreiben einer Quantenpunktvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
    • 85 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Quantenrechnervorrichtung, die beliebige der hier offenbarten Quantenpunktvorrichtungen beinhalten kann, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Hier sind Quantenpunktvorrichtungen sowie zugehörige Rechenvorrichtungen und Verfahren offenbart. Zum Beispiel kann eine Quantenpunktvorrichtung bei manchen Ausführungsformen Folgendes beinhalten: einen Quantentopfstapel; eine Schicht eines Gate-Dielektrikums oberhalb des Quantentopfstapels; ein erstes Gate-Metall und ein zweites Gate-Metall oberhalb der Schicht des Gate-Dielektrikums; und eine Gate-Wand zwischen dem ersten Gate-Metall und dem zweiten Gate-Metall, wobei sich die Gate-Wand oberhalb der Schicht des Gate-Dielektrikums befindet und die Gate-Wand ein erstes dielektrisches Material und ein zweites dielektrisches Material, das von dem ersten dielektrischen Material verschieden ist, beinhaltet.
  • Die hier offenbarten Quantenpunktvorrichtungen können die Bildung von Quantenpunkten, die als Quantenbits („Qubits“) in einer Quantenrechnervorrichtung dienen sollen, sowie die Steuerung dieser Quantenpunkte zum Durchführen von Quantenlogikoperationen ermöglichen. Im Gegensatz zu vorherigen Ansätzen zur Quantenpunktbildung und - manipulation stellen verschiedene Ausführungsformen der hier offenbarten Quantenpunktvorrichtungen eine starke räumliche Lokalisierung der Quantenpunkte (und daher eine gute Kontrolle über Quantenpunktwechselwirkungen und -manipulation), eine gute Skalierbarkeit hinsichtlich der Anzahl an Quantenpunkten, die in der Vorrichtung enthalten sind, und/oder eine Gestaltungsflexibilität beim Herstellen elektrischer Verbindungen zu den Quantenpunktvorrichtungen, um die Quantenpunktvorrichtungen in größeren Rechenvorrichtungen zu integrieren, bereit.
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird Bezug auf die begleitenden Zeichnungen genommen, die einen Teil davon bilden und in denen Ausführungsformen, die praktiziert werden können, als Veranschaulichung gezeigt sind. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt werden können und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Daher ist die folgende ausführliche Beschreibung nicht in einem beschränkenden Sinn aufzufassen.
  • Verschiedene Operationen können als mehrere diskrete Aktionen oder Operationen wiederum auf eine Weise beschrieben werden, die zum Verständnis des beanspruchten Gegenstands am hilfreichsten ist. Jedoch sollte die Reihenfolge der Beschreibung so ausgelegt werden, dass impliziert wird, dass diese Operationen notwendigerweise von der Reihenfolge abhängen. Insbesondere werden diese Operationen möglicherweise nicht in der Reihenfolge der Präsentation durchgeführt. Beschriebene Operationen können in einer von der beschriebenen Ausführungsform unterschiedlichen Reihenfolge durchgeführt werden. Verschiedene zusätzliche Operationen können durchgeführt werden und/oder beschriebene Operationen können bei zusätzlichen Ausführungsformen ausgelassen werden.
  • Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung bedeutet die Phrase „A und/oder B“ (A), (B) oder (A und B). Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung bedeutet die Phrase „A, B und/oder C“ (A), (B), (C), (A und B), (A und C), (B und C) oder (A, B und C). Der Begriff „zwischen“, wenn er unter Bezugnahme auf Messbereiche verwendet wird, schließt die Enden der Messbereiche ein. Wie hier verwendet, bedeutet die Schreibweise „A/B/C“ (A), (B) und/oder (C).
  • Die Beschreibung verwendet die Phrasen „bei einer Ausführungsform“ oder „bei Ausführungsformen“, die jeweils auf eine oder mehrere der gleichen oder unterschiedlichen Ausführungsformen verweisen können. Des Weiteren sind die Begriffe „umfassend“, „beinhaltend“, „aufweisend“ und dergleichen, wie mit Bezug auf Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet, synonym. Die Offenbarung kann perspektivenbasierte Beschreibungen, wie etwa „unter“, „über“, „unterhalb“, „oben“, „unten“ und „seitlich“, verwenden; solche Beschreibungen werden verwendet, um die Diskussion zu erleichtern und sollen die Anmeldung nicht auf offenbarte Ausführungsformen beschränken. Die begleitenden Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Wie hier verwendet, verweist ein „High-k-Dielektrikum“ (Dielektrikum mit hohem k) auf ein Material mit einer höheren dielektrischen Konstante als Siliciumoxid. Wie hier verwendet, verweist eine „Magnetleitung“ auf eine Magnetfelderzeugungsstruktur zum Beeinflussen (z. B. Ändern, Zurücksetzen, Verwürfeln oder Festlegen) der Spinzustände von Quantenpunkten. Ein Beispiel einer Magnetleitung, wie hier besprochen, ist ein leitfähiger Pfad, der nahe einem Bereich einer Quantenpunktausbildung und selektiv leitfähig für einen Strompuls ist, der ein Magnetfeld erzeugt, um einen Spinzustand eines Quantenpunkts in dem Bereich zu beeinflussen.
  • 1-3 sind Querschnittsansichten einer Quantenpunktvorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Insbesondere veranschaulicht 2 die Quantenpunktvorrichtung 100 entlang des Schnitts A-A aus 1 (wohingegen 1 die Quantenpunktvorrichtung 100 entlang des Schnitts C-C aus 2 veranschaulicht) und 3 veranschaulicht die Quantenpunktvorrichtung 100 entlang des Schnitts B-B aus 1, wobei eine Reihe von Komponenten nicht gezeigt ist, um einfacher zu veranschaulichen, wie die Gates 106/108 und die Magnetleitung 121 strukturiert werden können (wohingegen 1 eine Quantenpunktvorrichtung 100 entlang des Schnitts D-D aus 3 veranschaulicht). Obwohl 1 angibt, dass der in 2 veranschaulichte Querschnitt durch die Finne 104-1 genommen wurde, kann ein analoger Querschnitt durch die Finne 104-2 identisch sein und dementsprechend verweist die Erörterung von 2 allgemein auf die „Finne 10 4“.
  • Die Quantenpunktvorrichtung 100 kann eine Basis 102 und mehrere Finnen 104 beinhalten, die sich von der Basis 102 weg erstrecken. Die Basis 102 und die Finnen 104 können ein Substrat und einen Quantentopfstapel beinhalten (in 1-3 nicht gezeigt, aber unten unter Bezugnahme auf das Substrat 144 und den Quantentopfstapel 146 besprochen), die auf eine beliebige einer Anzahl von Arten zwischen der Basis 102 und den Finnen 104 verteilt sind. Die Basis 102 kann wenigstens einen Teil des Substrats beinhalten und die Finnen 104 können jeweils eine Quantentopfschicht des Quantentopfstapels beinhalten (unten unter Bezugnahme auf die Quantentopfschicht 152 besprochen). Beispiele für die Basis/Finnen-Anordnungen sind unten unter Bezugnahme auf die Basis-Finnen-Anordnungen 158 aus 45-51 beschrieben.
  • Obwohl nur zwei Finnen, 104-1 und 104-2, in 1-3 gezeigt sind, ist dies einfach für eine einfache Veranschaulichung, und mehr als zwei Finnen 104 können in der Quantenpunktvorrichtung 100 enthalten sein. Bei manchen Ausführungsformen ist die Gesamtanzahl an Finnen 104, die in der Quantenpunktvorrichtung 100 enthalten sind, eine gerade Anzahl, wobei die Finnen 104 in Paare organisiert sind, die eine aktive Finne 104 und eine Lesefinne 104 beinhalten, wie unten ausführlich besprochen ist. Wenn die Quantenpunktvorrichtung 100 mehr als zwei Finnen 104 beinhaltet, können die Finnen 104 in Paaren in einer Linie (z. B. können insgesamt 2N Finnen in einer 1×2N-Linie oder einer 2×N-Linie) oder in Paaren in einem größeren Array (z. B. können insgesamt 2N Finnen in einem 4×N/2-Array, einem 6×N/3Array usw.) angeordnet sein. Die Erörterung hier wird sich zur einfachen Veranschaulichung größtenteils auf ein einziges Paar von Finnen 104 konzentrieren, aber sämtliche Lehren der vorliegenden Offenbarung gelten für Quantenpunktvorrichtungen 100 mit mehr Finnen 104.
  • Wie oben erwähnt, kann jede der Finnen 104 eine Quantentopfschicht beinhalten (in 1-3 nicht gezeigt, aber unten unter Bezugnahme auf die Quantentopfschicht 152 besprochen). Die in den Finnen 104 enthaltene Quantentopfschicht kann normal zu der z-Richtung angeordnet sein und kann eine Schicht bereitstellen, in der ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) gebildet werden kann, um die Erzeugung eines Quantenpunktes während eines Betriebs der Quantenpunktvorrichtung 100 zu ermöglichen, wie unten ausführlicher besprochen ist. Die Quantentopfschicht selbst kann eine geometrische Begrenzung bezüglich der z-Position von Quantenpunkten in den Finnen 104 bereitstellen und das beschränkte Ausmaß der Finnen 104 (und daher der Quantentopfschicht) in der y-Richtung kann eine geometrische Begrenzung bezüglich der y-Position von Quantenpunkten in den Finnen 104 bereitstellen. Um die x-Position von quantenpunkten in den Finnen 104 zu steuern, können Spannungen an Gates angelegt werden, die auf den Finnen 104 angeordnet sind, um das Energieprofil entlang der Finnen 104 in der x-Richtung von Quantenpunkten innerhalb von Quantentöpfen zu begrenzen (unten ausführlich unter Bezugnahme auf die Gates 106/108 besprochen). Die Abmessungen der Finnen 104 können beliebige geeignete Werte annehmen. Zum Beispiel können die Finnen 104 bei manchen Ausführungsformen jeweils eine Breite 162 zwischen 10 Nanometer und 30 Nanometer aufweisen. Bei manchen Ausführungsformen können die Finnen 104 jeweils eine vertikale Abmessung 164 zwischen 200 Nanometer und 400 Nanometer (z. B. zwischen 250 Nanometer und 350 Nanometer oder gleich 300 Nanometer) aufweisen.
  • Die Finnen 104 können parallel angeordnet sein, wie in 1 und 3 veranschaulicht ist, und können durch ein Isolationsmaterial 128 beabstandet sein, das auf gegenüberliegenden Flächen der Finnen 104 angeordnet sein kann. Das Isolationsmaterial 128 kann ein dielektrisches Material, wie etwa Siliciumoxid, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Siliciumoxinitrid oder Siliciumoxicarbid, sein. Zum Beispiel können die Finnen 104 bei manchen Ausführungsformen um einen Abstand 160 zwischen 100 Nanometer und 250 Nanometer beabstandet sein. Obwohl 1 eine Schicht aus einem Gate-Dielektrikum 114 (weiter unten besprochen) auf dem Isolationsmaterial 128 darstellt, muss dies nicht der Fall sein. Zum Beispiel kann das Gate-Dielektrikum 114 bei manchen Ausführungsformen thermisch auf den Finnen 102 aufgewachsen werden; bei manchen Ausführungsformen ist möglicherweise keine Schicht aus einem Gate-Dielektrikum 114 auf dem Isolationsmaterial 128 vorhanden oder kann eine Schicht aus einem Material, wie das Gate-Dielektrikum 114, vorhanden sein, aber kann eine andere Materialzusammensetzung als das Gate-Dielektrikum 114 aufweisen. Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate-Dielektrikum 114 durch Atomlagenabscheidung (ALD: Atomic Layer Deposition) oder eine andere Technik abgeschieden werden; bei solchen Ausführungsformen kann sich das Gate-Dielektrikum 114 auf das Isolationsmaterial 128 sowie die Finnen 104 erstrecken.
  • Mehrere Gates können auf jeder der Finnen 104 angeordnet sein. Bei der in 2 veranschaulichten Ausführungsform sind drei Gates 106 und zwei Gates 108 als auf der Finne 104 verteilt gezeigt. Diese spezielle Anzahl an Gates ist einfach veranschaulichend und eine beliebige geeignete Anzahl an Gates kann verwendet werden. Zusätzlich können, wie unten unter Bezugnahme auf 55 besprochen, mehrere Gruppen von Gates (wie die in 2 veranschaulichten Gates) auf der Finne 104 abgeschieden werden.
  • Wie in 2 gezeigt, kann das Gate 108-1 zwischen den Gates 106-1 und 106-2 angeordnet sein und kann das Gate 108-2 zwischen den Gates 106-2 und 106-3 angeordnet sein. Die Gates 106 können eine Gate-Metall 110 beinhalten und die Gates 108 können ein Gate-Metall 112 beinhalten. Eine Schicht aus dem Gate-Dielektrikum 114 kann zwischen mehreren der Gates 106 und 108 geteilt werden, wie gezeigt ist. Das Gate-Metall 110 des Gates 106 kann von dem Gate-Metall 112 eines angrenzenden Gate 108 durch eine Gate-Wand 138 beabstandet sein. Die Gate-Wände 138 können zwei unterschiedliche dielektrischen Materialien beinhalten. Zum Beispiel kann eine Gate-Wand 138 ein Abschirmungsdielektrikum 113 und einen Abstandshalter 134 beinhalten. Das Abschirmungsdielektrikum 113 kann zwischen dem Gate-Dielektrikum 114 und dem Abstandshalter 134 angeordnet sein. Wie in 2 veranschaulicht, können die Abstandshalter 134 näher zu der Finne 104 dicker und weiter von der Finne 104 entfernt dünner sein. Bei manchen Ausführungsformen können die Abstandshalter 134 eine konvexe Form aufweisen.
  • Die Abstandshalter 134 können aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet werden, wie etwa einem mit Kohlenstoff dotierten Oxid, Siliciumnitrid, Siliciumoxid oder anderen Carbiden oder Nitriden (z. B. Siliciumcarbid, Siliciumnitrid dotiert mit Kohlenstoff und Siliciumoxinitrid). Das Abschirmungsdielektrikum 113 kann aus einem beliebigen geeigneten Material (verschieden von den Abstandshaltern 134) gebildet werden, wie etwa Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, einem dielektrischen Zwischenschichtmaterial oder einem beliebigen geeigneten Ätzstoppmaterial.
  • Jedes der Gates 106/108 kann ein Gate-Dielektrikum 114 beinhalten; wie oben angegeben, kann das Gate-Dielektrikum 114 für alle der Gates 106/108 auf einer Finne 104 durch eine gemeinsame Schicht aus einem Gate-Dielektrikum-Material bereitgestellt werden. Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate-Dielektrikum 114 ein mehrschichtiges Gate-Dielektrikum sein (z. B. mit mehreren Materialien, die verwendet werden, um die Grenzfläche zwischen der Finne 104 und dem entsprechenden Gate-Metall zu verbessern). Das Gate-Dielektrikum 114 kann zum Beispiel Siliciumoxid, Aluminiumoxid oder ein High-k-Dielektrikum, wie etwa Hafniumoxid, sein. Allgemeiner kann das Gate-Dielektrikum 114 Elemente, wie etwa Hafnium, Silicium, Sauerstoff, Titan, Tantal, Lanthan, Aluminium, Zirconium, Barium, Strontium, Yttrium, Blei, Scandium, Niob und Zink, beinhalten. Beispiele für Materialien, die in dem Gate-Dielektrikum 114 verwendet werden können, beinhalten unter anderem Hafniumoxid, Hafniumsiliciumoxid, Lanthanoxid, Zirconiumoxid, Zirconiumsiliciumoxid, Tantaloxid, Titanoxid, Bariumstrontiumtitanoxid, Bariumtitanoxid, Strontiumtitanoxid, Yttriumoxid, Aluminiumoxid, Tantaloxid, Tantalsiliciumoxid, Bleiscandiumtantaloxid und Bleizinkniobat. Bei manchen Ausführungsformen kann ein Temperprozess in dem Gate-Dielektrikum 114 ausgeführt werden, um die Qualität des Gate-Dielektrikums 114 zu verbessern. Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate-Dielektrikum 114 ein bezüglich Isotopen gereinigtes Material beinhalten (wie unten besprochen ist). Zum Beispiel kann das Gate-Dielektrikum 114 ein Oxid sein, das thermisch auf einem bezüglich Isotopen gereinigten Material aufgewachsen ist (wie unten besprochen ist).
  • Jedes der Gates 106 kann ein Gate-Metall 110 beinhalten. Das Gate-Metall 110 kann auf dem Gate-Dielektrikum 114 angeordnet sein und das Gate-Dielektrikum 114 kann zwischen dem Gate-Metall 110 und der Finne 104 angeordnet sein. Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate-Metall 110 ein Supraleiter sein, wie etwa Aluminium, Titannitrid (z. B. über ALD abgeschieden) oder Niobtitannitrid. Die Seiten des Gate-Metalls 110 können im Wesentlichen parallel sein, wie in 2 gezeigt ist, und die Gate-Wände 138 können auf den Seiten des Gate-Metalls 110 angeordnet sein. Das Gate-Metall 110 kann die Abstandshalter 134 und das Abschirmungsdielektrikum 113 angrenzender Gate-Wände 138 kontaktieren.
  • Jedes der Gates 108 kann ein Gate-Metall 112 beinhalten. Das Gate-Metall 112 kann auf dem Gate-Dielektrikum 114 angeordnet sein und das Gate-Dielektrikum 114 kann zwischen dem Gate-Metall 112 und der Finne 104 angeordnet sein. Das Gate-Metall 112 kann die Abstandshalter 134 und das Abschirmungsdielektrikum angrenzender Gate-Wände 138 kontaktieren.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann sich die Hartmaske 118 über den Gates 106/108 erstrecken. Die Hartmaske 118 kann aus Siliciumnitrid, Siliciumcarbid oder einem anderen geeigneten Material gebildet sein. Bei manchen Ausführungsformen kann die Hartmaske 118 nicht in der Quantenpunktvorrichtung 100 vorhanden sein (z. B. kann eine Hartmaske, wie die Hartmaske 118, während einer Verarbeitung entfernt werden, wie unten besprochen ist).
  • Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate-Metall 112 ein von dem Gate-Metall 110 verschiedenes Metall sein; bei anderen Ausführungsformen können das Gate-Metall 112 und das Gate-Metall 110 die gleiche Materialzusammensetzung aufweisen.
  • Das Gate-Metall 112 des Gates 108-1 kann sich zwischen den nahen Gate-Wänden 138 auf den Seiten der Gate-Metalle 110 des Gates 106-1 und des Gates 106-2 erstrecken, wie in 2 gezeigt ist. Dementsprechend kann das Gate-Metall 112 des Gates 108-1 eine Form aufweisen, die im Wesentlichen komplementär zu der Form der angrenzenden Gate-Wände 138 ist, wie gezeigt ist. Gleichermaßen kann sich das Gate-Metall 112 des Gates 108-2 zwischen den nahen Gate-Wänden 138 auf den Seiten der Gate-Metalle 110 des Gates 106-2 und des Gates 106-3 erstrecken.
  • Die Abmessungen der Gates 106/108 können beliebige geeignete Werte annehmen. Zum Beispiel kann bei manchen Ausführungsformen die z-Höhe 166 des Gate-Metalls 110 zwischen 40 Nanometer und 150 Nanometer (z. B. näherungsweise 50 Nanometer) betragen; die z-Höhe des Gate-Metalls 112 kann in dem gleichen Bereich liegen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Länge 168 des Gate-Metalls 110 (d. h. in der x-Richtung) zwischen 20 Nanometer und 60 Nanometer (z. B. 30 Nanometer) betragen. Bei manchen Ausführungsformen kann der Abstand 170 zwischen angrenzenden der Gates 106 (z. B. wie von dem Gate-Metall 110 eines Gates 106 zu dem Gate-Metall 110 eines angrenzenden Gates 106 in der x-Richtung gemessen, wie in 2 veranschaulicht ist) zwischen 50 Nanometern und 150 Nanometer (z. B. 100 Nanometer) betragen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Dicke 172 der Abstandshalter 134 zwischen 1 Nanometer und 10 Nanometer (z. B. zwischen 3 Nanometer und 5 Nanometer, zwischen 4 Nanometer und 6 Nanometer oder zwischen 4 Nanometer und 7 Nanometer) betragen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Dicke 179 des Abschirmungsdielektrikums 113 zwischen 1 Nanometer und 8 Nanometer (z. B. zwischen 3 Nanometer und 8 Nanometer) betragen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Dicke 174 des Gate-Dielektrikums 114 zwischen 2 Nanometer und 20 Nanometer betragen. Die Länge des Gate-Metalls 112 (d. h. in der x-Richtung) kann von den Abmessungen des Gates 106 und der Gate-Wände 138 abhängen, wie in 2 veranschaulicht ist. Wie in 1 angegeben, können sich die Gates 106/108 auf einer Finne 104 über dem Isolationsmaterial 128 über ihre jeweiligen Finnen 104 hinaus und zu den anderen finden 104 hin erstrecken, aber können von ihren Gegenstück-Gates durch das dazwischenliegen Isolationsmaterial 130 (und Gate-Wänden 138 für die Gates 106) isoliert sein.
  • Obwohl alle der Gates 106 in den begleitenden Zeichnungen als die gleiche Länge 168 des Gate-Metalls 110 aufweisend veranschaulicht sind, können bei manchen Ausführungsformen die „äußersten“ Gates 106 (z. B. die Gates 106-1 und 106-3 der in 2 veranschaulichten Ausführungsform) eine größere Länge 168 als die „inneren“ Gates 106 (z. B. das Gate 106-2 in der in 2 veranschaulichen Ausführungsform) aufweisen. Zum Beispiel können bei manchen Ausführungsformen die äußersten Gates 106 eine Länge 168 zwischen 100 Nanometer und 500 Nanometer aufweisen. Solche längeren „Außen“-Gates 106 können eine räumliche Separation zwischen den dotierten Gebieten 140 und den Bereichen unter den Gates 108 und den inneren Gates 106, in denen Quantenpunkte 142 gebildet werden können, bereitstellen und können dementsprechend Störungen hinsichtlich der Landschaft der potentiellen Energie unter den Gates 108 und den inneren Gates 106 reduzieren, die durch die dotierten Gebiete 140 verursacht werden. Bei manchen Ausführungsformen kann sich während des Betriebs der Quantenpunktvorrichtung 100 ein 2DEG unter den äußersten Gates 106 ausbilden. Dieses 2DEG kann das „aktive“ Vorrichtungsgebiet (unter den Gates 106/108) von dem dotierten Gebiet 140 (das eine große Dichte an implantierten Ladungsträgern aufweist) separieren.
  • Wie in 2 gezeigt, können die Gates 106 und 108 alternierend entlang der Finne 104 in der x-Richtung angeordnet sein. Während des Betriebs der Quantenpunktvorrichtung 100 können Spannungen an die Gates 106/108 angelegt werden, um die potentielle Energie der Quantentopfschicht (nicht gezeigt) in der Finne 104 anpassen, um Quantentöpfe variierender Tiefen zu erzeugen, in denen sich Quantenpunkte 142 ausbilden können. Nur ein Quantenpunkt 142 ist in 2 und 3 zur einfachen Veranschaulichung mit einer Bezugsziffer beschriftet, aber fünf sind durch gestrichelte Kreise in jeder Finne 104 angegeben. Die Position der Quantenpunkte 142 in 2 soll keine spezielle geometrische Positionierung der Quantenpunkte 142 angeben. Die Gate-Wände 138 können ihrerseits „passive“ Barrieren zwischen Quantentöpfen unter den Gates 106/108 und der Quantentopfschicht bereitstellen und die Spannungen, die an unterschiedlichen der Gates 106/108 angelegt werden, können die potentielle Energie unter den Gates 106/108 der Quantentopfschicht anpassen; Verringern der potentiellen Energie kann Quantentöpfe ausbilden, während Erhöhen der potentiellen Energie Quantenbarrieren ausbilden kann.
  • Die Finnen 104 können dotierte Gebiete 140 beinhalten, die als ein Reservoir von Ladungsträgern für die Quantenpunktvorrichtung 100 dienen können. Zum Beispiel kann ein dotiertes Gebiet 140 Elektronen für Quantenpunkte 142 vom Elektronentyp liefern und kann ein p-dotiertes Gebiet 140 Löcher für Quantenpunkte 142 vom Lochtyp liefern. Bei manchen Ausführungsformen kann ein Grenzflächenmaterial 141 an einer Oberfläche eines dotierten Gebiets 140 bereitgestellt werden, wie gezeigt ist. Das Grenzflächenmaterial 141 kann eine elektrische Kopplung zwischen einem leitfähigen Kontakt (z. B. ein leitfähiger Via 136, wie unten besprochen) und dem dotierten Gebiet 140 fördern. Das Grenzflächenmaterial 141 kann ein beliebiges geeignetes Material für einen ohmschen Metall-Halbleiter-Kontakt sein; zum Beispiel kann das Grenzflächenmaterial 141 bei Ausführungsformen, bei denen das dotierte Gebiet 140 Silicium enthält, Nickelsilicid, Aluminiumsilicid, Titansilicid, Molybdänsilicid, Kobaltsilicid, Wolframsilicid oder Platinsilicid beinhalten (wie z. B. unten unter Bezugnahme auf 27-28 besprochen). Bei manchen Ausführungsformen kann das Grenzflächenmaterial 141 eine Nichtsilicidverbindung, wie etwa Titannitrid, sein. Bei manchen Ausführungsformen kann das Grenzflächenmaterial 141 ein Metall (z. B. Aluminium, Wolfram oder Indium) sein.
  • Die hier offenbarten Quantenpunktvorrichtungen 100 können verwendet werden, um Quantenpunkte 142 vom Elektronentyp oder Lochtyp auszubilden. Es wird angemerkt, dass die Polaritäten der Spannungen, die zum Bilden von Quantentöpfen/-barrieren an die Gates 106/108 angelegt werden, von den in der Quantenpunktvorrichtung 100 verwendeten Ladungsträgern abhängen. Bei Ausführungsformen, bei denen die Ladungsträger Elektronen sind (und dementsprechend die Quantenpunkte 142 Quantenpunkte vom Elektronentyp sind), können reichlich negative Spannungen, die an ein Gate 106/108 angelegt werden, die Potentialbarriere unter dem Gate 106/108 erhöhen und können reichlich positive Spannungen, die an ein Gate 106/108 angelegt werden, die Potentialbarriere unter dem Gate 106/108 verringern (wodurch ein Potentialtopf gebildet wird, indem sich ein Quantenpunkt 142 vom Elektronentyp ausbilden kann). Bei Ausführungsformen, bei denen die Ladungsträger Löcher sind (und dementsprechend die Quantenpunkte 142 Quantenpunkte vom Lochtyp sind), können reichlich positive Spannungen, die an ein Gate 106/108 angelegt werden, die Potentialbarriere unter dem Gate 106/108 erhöhen und können reichlich negative Spannungen, die an ein Gate 106 und 108 angelegt werden, die Potentialbarriere unter dem Gate 106/108 verringern (wodurch ein Potentialtopf gebildet wird, in dem sich ein Quantenpunkt 142 vom Lochtyp ausbilden kann). Die hier offenbarten Quantenpunktvorrichtungen 100 können verwendet werden, um Quantenpunkte vom Elektronentyp oder Lochtyp auszubilden.
  • Spannungen können an jedes der Gates 106 und 108 separat angelegt werden, um die potentielle Energie in der Quantentopfschicht unter den Gates 106 und 108 anzupassen, um dadurch die Ausbildung von Quantenpunkten 142 unter jedem der Gates 106 und 108 zu steuern. Außerdem ermöglichen die relativen Profile der potentiellen Energie unter unterschiedlichen der Gates 106 und 108, dass die Quantenpunktvorrichtung 100 die Wechselwirkung der potentiellen Energie zwischen Quantenpunkten 142 und dem angrenzenden Gates abstimmt. Falls zum Beispiel zwei angrenzende Quantenpunkte 142 (z. B. ein Quantenpunkt 142 unter einem Gate 106 und ein anderer Quantenpunkt 142 unter einem Gate 108) durch nur eine kurze Potentialbarriere separiert sind, können die zwei Quantenpunkte 142 stärker wechselwirken, als wenn sie durch eine größere Potentialbarriere separiert wären. Da die Tiefe der Potentialtöpfe/Höhe der Potentialbarrieren unter jedem Gate 106/108 durch Anpassen der Spannungen an den jeweiligen Gates 106/108 angepasst werden kann, können die Unterschiede des Potentials zwischen angrenzenden Gates 106/108 angepasst werden und kann dementsprechend die Wechselwirkung abgestimmt werden.
  • Bei manchen Anwendungen können die Gates 108 als Plunger-Gates verwendet werden, um die Ausbildung von Quantenpunkten 142 unter den Gates 108 zu ermöglichen, während die Gates 106 als Barriere-Gates verwendet werden können, um die Potentialbarriere zwischen Quantenpunkten 142 anzupassen, die unter angrenzenden Gates 108 ausgebildet sind. Bei anderen Anwendungen können die Gates 108 als Barriere-Gates verwendet werden, während die Gates 106 als Plunger-Gates verwendet werden. Bei einer Anwendungen können die Quantenpunkte 142 unter allen der Gates 106 und 108 oder unter einer beliebigen gewünschten Teilmenge der Gates 106 und 108 ausgebildet werden.
  • Leitfähige Vias und Leitungen stellen einen Kontakt zu den Gates 106/108 und zu den dotierten Gebieten 140 her, um eine elektrische Verbindung zu den Gates 106/108 und den dotierten Gebieten 140 herzustellen, die bei gewünschten Stellen vorzunehmen ist. Wie in 1-3 gezeigt, können sich die Gates 106 von den Finnen 104 weg erstrecken und können die leitfähigen Vias 120 die Gates 106 kontaktieren (und sind in 2 mit gestrichelten Linien gezeichnet, um ihre Position hinter der Zeichenebene anzugeben). Die leitfähigen Vias 120 können sich durch die Hartmaske 118 hindurch erstrecken, um das Gate-Metall 110 der Gates 106 zu kontaktieren. Die Gates 108 können sich von den Finnen 104 weg erstrecken und leitfähige Vias 122 können die Gates 108 kontaktieren (ebenfalls mit gestrichelten Linien in 2 gezeichnet, um ihre Position hinter der Zeichenebene anzugeben). Die leitfähigen Vias 122 können sich durch die Hartmaske 118 hindurch erstrecken, um das Gate-Metall 112 der Gates 108 zu kontaktieren. Leitfähige Vias 136 können das Grenzflächenmaterial 141 kontaktieren und können dadurch elektrischen Kontakt zu den dotierten Gebieten 140 herstellen. Die Quantenpunktvorrichtung 100 kann weitere leitfähige Vias und/oder Leitungen beinhalten (nicht gezeigt), um elektrischen Kontakt zu den Gates 106/108 und/oder den dotierten Gebieten 140 nach Bedarf herzustellen. Die leitfähigen Vias und Leitungen, die in der Quantenpunktvorrichtung 100 enthalten sind, können beliebige geeignete Materialien, wie etwa Kupfer, Wolfram (z. B. durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) abgeschieden) oder einen Supraleiter (z. B. Aluminium, Zinn, Titannitrid, Niobtitannitrid, Tantal, Niob oder andere Niobverbindungen, wie etwa Niobzinn und Niobgermanium), beinhalten.
  • Während des Betriebs kann eine Vorspannung an die dotierten Gebiete 140 angelegt werden (z. B. über die leitfähigen Vias 136 und das Grenzflächenmaterial 141), um zu bewirken, dass Strom durch die dotierten Gebiete 140 fließt. Wenn die dotierten Gebiete 140 mit einem n-Typ-Material dotiert sind, kann diese Spannung positiv sein; wenn die dotierten Gebiete 140 mit einem p-Typ-Material dotiert sind, kann diese Spannung negativ sein. Der Betrag dieser Vorspannung kann einen beliebigen geeigneten Wert (z. B. zwischen 0,25 Volt und 2 Volt) annehmen.
  • Die Quantenpunktvorrichtung 100 kann eine oder mehrere Magnetleitungen 121 beinhalten. Zum Beispiel ist eine einzige Magnetleitung 121 in 1-3 nahe der Finne 104-1 veranschaulicht. Die Magnetleitung 121 kann aus einem leitfähigen Material gebildet sein und kann verwendet werden, um Strompulse zu leiten, die Magnetfelder erzeugen, um Spinzustände von einem oder mehreren der Quantenpunkte 142 zu beeinflussen, die sich in den Finnen 104 ausbilden können. Bei manchen Ausführungsformen kann die Magnetleitung 121 einen Puls leiten, um Kern- und/oder Quantenpunkspins zurückzusetzen (oder zu „scrambeln“). Bei manchen Ausführungsformen kann die Magnetleitung 121 einen Puls leiten, um ein Elektron in einem Quantenpunkt in einem speziellen Spinzustand zu initialisieren. Bei manchen Ausführungsformen kann die Magnetleitung 121 Strom leiten, um ein kontinuierliches oszillierendes Magnetfeld bereitzustellen, an das der Spin eines Qubits koppeln kann. Die Magnetleitung 121 kann eine beliebige geeignete Kombination dieser Ausführungsformen oder eine beliebige andere angemessene Funktionalität bereitstellen.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Magnetleitung 121 aus Kupfer gebildet sein. Bei manchen Ausführungsformen kann die Magnetleitung 121 aus einem Supraleiter, wie etwa Aluminium, gebildet sein. Die in 1-3 veranschaulichte Magnetleitung 121 ist nicht mit den Finnen 104 komplanar und ist auch nicht mit den Gates 106/108 komplanar. Bei manchen Ausführungsformen kann die Magnetleitung 121 von den Gates 106/108 um einen Abstand 167 beabstandet sein. Der Abstand 167 kann einen beliebigen geeigneten Wert annehmen (z. B. basierend auf der gewünschten Stärke einer Magnetfeldwechselwirkung mit den Quantenpunkten 142); bei manchen Ausführungsformen kann der Abstand 167 zwischen 25 Nanometer und 1 Mikrometer (z. B. zwischen 50 Nanometer und 200 Nanometer) betragen.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Magnetleitung 121 aus einem magnetischen Material gebildet sein. Zum Beispiel kann ein magnetisches Material (wie etwa Kobalt) in einem Graben in dem Isolationsmaterial 130 abgeschieden werden, um ein permanentes Magnetfeld in der Quantenpunktvorrichtung 100 bereitzustellen.
  • Die Magnetleitung 121 kann beliebige geeignete Abmessungen aufweisen. Zum Beispiel kann die Magnetleitung 121 eine Dicke 169 zwischen 25 Nanometer und 100 Nanometer aufweisen. Die Magnetleitung 121 kann eine Breite 171 zwischen 25 Nanometer und 100 Nanometer aufweisen. Bei manchen Ausführungsformen können die Breite 171 und Dicke 169 einer Magnetleitung 121 gleich der Breite bzw. Dicke anderer leitfähiger Leitungen in der Quantenpunktvorrichtung 100 (nicht gezeigt) sein, die verwendet werden, um elektrische Zwischenverbindungen bereitzustellen, wie in der Technik bekannt ist. Die Magnetleitung 121 kann eine Länge 173 aufweisen, die von der Anzahl und den Abmessungen der Gates 106/108 abhängt, die Quantenpunkte 142 ausbilden sollen, mit denen die Magnetleitung 121 wechselwirken soll. Die in 1-3 veranschaulichte Magnetleitung 121 (um die in 39-41 unten veranschaulichten Magnetleitungen 121) sind im Wesentlichen linear, aber dies muss nicht der Fall sein; die hier offenbarten Magnetleitungen 121 können eine beliebige geeignete Form annehmen. Leitfähige Vias 123 können die Magnetleitung 121 kontaktieren.
  • Leitfähigen Vias 120, 122, 136 und 123 können durch ein Isolationsmaterial 130 elektrisch voneinander isoliert sein. Das Isolationsmaterial 130 kann ein beliebiges geeignetes Material sein, wie etwa ein Zwischenschichtdielektrikum (ILD: Interlayer Dielectric). Beispiele für das Isolationsmaterial 130 beinhalten Siliciumoxid, Siliciumnitrid, Aluminiumoxid, mit Kohlenstoff dotiertes Oxid und/oder Siliciumoxinitrid. Wie in der Technik der Herstellung integrierter Schaltkreise bekannt ist, können leitfähige Vias und Leitungen in einem iterativen Prozess gebildet werden, in dem Schichten von Strukturen aufeinander gebildet werden. Bei manchen Ausführungsformen können die leitfähigen Vias 120/122/136/123 eine Breite, die an ihrem breitesten Punkt 20 Nanometer oder mehr (z. B. 30 Nanometer) beträgt, und einem Rastermaß von 80 Nanometer oder mehr (z. B. 100 Nanometer) aufweisen. Bei manchen Ausführungsformen können leitfähige Leitungen (nicht gezeigt), die in der Quantenpunktvorrichtung 100 enthalten sind, eine Breite, die 100 Nanometer oder mehr beträgt, und ein Rastermaß von 100 Nanometer oder mehr aufweisen. Die in 1-3 gezeigte spezielle Anordnung von leitfähigen Vias ist lediglich veranschaulichend und eine beliebige elektrische Leitungsführungsanordnung kann implementiert werden.
  • Wie oben besprochen, kann die Struktur der Finne 104-1 die gleiche wie die Struktur der Finne 104-2 sein; gleichermaßen kann die Konstruktion der Gates 106/108 auf der Finne 104-1 die gleiche wie die Konstruktion der Gates 106/108 auf der Finne 104-2 sein. Die Gates 106/108 auf der Finne 104-1 können durch entsprechende Gates 106/108 auf der parallelen Finne 104-2 gespiegelt sein und das Isolationsmaterial 130 kann die Gates 106/108 auf den unterschiedlichen Finnen 104-1 und 104-2 separieren. Insbesondere können Quantenpunkte 142, die in der Finne 104-1 (unter den Gates 106/108) ausgebildet werden, Gegenstückquantenpunkte 142 in der Finne 104-2 (unter den entsprechenden Gates 106/108) aufweisen. Bei manchen Ausführungsformen können die Quantenpunkte 142 in der Finne 104-1 als „aktive“ Quantenpunkte in dem Sinn verwendet werden, dass diese Quantenpunkte 142 als Qubits fungieren und (z. B. durch Spannungen, die an die Gates 106/108 der Finne 104-1 angelegt werden) gesteuert werden, um Quantenberechnungen durchzuführen. Die Quantenpunkte 142 der Finne 104-2 können als „Lese“-Quantenpunkte in dem Sinn verwendet werden, dass diese Quantenpunkte 142 den Quantenzustand der Quantenpunkte 142 und der Finne 104-1 erfassen, indem sie das elektrische Feld detektieren, das durch die Ladung in den Quantenpunkten 142 in der Finne 104-1 erzeugt wird, und können den Quantenzustand der Quantenpunkte 142 in der Finne 104-1 in elektrische Signale umwandeln, die durch die Gates 106/108 auf der Finne 104-2 detektiert werden können. Jeder Quantenpunkt 142 in der Finne 104-1 kann durch seinen entsprechenden Quantenpunkt 142 in der Finne 104-2 gelesen werden. Dementsprechend ermöglicht die Quantenpunktvorrichtung 100 sowohl eine Quantenberechnung als auch die Fähigkeit, die Ergebnisse einer Quantenberechnung zu lesen.
  • Die hier offenbarten Quantenpunktvorrichtungen 100 können unter Verwendung beliebiger geeigneter Techniken hergestellt werden. 4-38 veranschaulichen verschiedene Beispielstufen in der Herstellung der Quantenpunktvorrichtung 100 aus 1-3 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Obwohl die unten unter Bezugnahme auf 4-38 besprochenen speziellen Herstellungsvorgänge als eine Herstellung einer speziellen Ausführungsform der Quantenpunktvorrichtung 100 veranschaulicht sind, können diese Vorgänge auf das Herstellen vieler verschiedener Ausführungsformen der Quantenpunktvorrichtung 100 angewandt werden, wie hier besprochen ist. Beliebige der unter Bezugnahme auf 4-38 besprochenen Elemente können die Form einer beliebigen der Ausführungsformen der oben besprochenen (oder hier anderweitig offenbarten) Elemente annehmen.
  • 4 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 200, die ein Substrat 144 beinhaltet. Das Substrat 144 kann ein beliebiges Halbleitermaterial oder beliebige Halbleitermaterialien beinhalten. Bei manchen Ausführungsformen kann das Substrat 144 ein Halbleitermaterial beinhalten. Zum Beispiel kann das Substrat 144 Silicium beinhalten (kann z. B. aus einem Siliciumwafer gebildet sein). Verschiedene Ausführungsformen des Substrats 144 sind unten unter Bezugnahme auf 42-44 besprochen.
  • 5 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 202 im Anschluss an das Bereitstellen eines Quantentopfstapels 146 auf dem Substrat 144 der Baugruppe 200 (4). Der Quantentopfstapel 146 kann eine Quantentopfschicht (nicht gezeigt) beinhalten, in der sich ein 2DEG während des Betriebs der Quantenpunktvorrichtung 100 ausbilden kann. Verschiedene Ausführungsformen des Quantentopfstapels 146 sind unten unter Bezugnahme auf 42-44 besprochen.
  • 6 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 204 im Anschluss an das Bilden der Finnen 104 der Baugruppe 202 (5) . Die Finnen 104 können sich von einer Basis 102 erstrecken und können in der Baugruppe 202 durch Strukturieren und dann das Ätzen der Baugruppe 202 gebildet werden, wie in der Technik bekannt ist. Zum Beispiel kann eine Kombination aus einer Trocken- und Nassätzchemie verwendet werden, um die Finnen 104 zu bilden, und die angemessene Chemie kann von den in der Baugruppe 202 enthalten Materialien abhängen, wie in der Technik bekannt ist. Wenigstens ein Teil des Substrats 144 kann in der Basis 102 enthalten sein und wenigstens ein Teil des Quantentopfstapels 146 kann in den Finnen 104 enthalten sein. Insbesondere kann die Quantentopfschicht (nicht gezeigt) des Quantentopfstapels 146 in den Finnen 104 enthalten sein. Beispielanordnungen, in denen der Quantentopfstapel 146 und das Substrat 144 unterschiedlich in der Basis 102 und den Finnen 104 enthalten sind, sind unten unter Bezugnahme auf 45-51 besprochen.
  • 7 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 206 im Anschluss an das Bereitstellen eines Isolationsmaterials 128 für die Baugruppe 204 (6). Ein beliebiges geeignetes Material kann als das Isolationsmaterial 128 verwendet werden, um die Finnen 104 elektrisch voneinander zu isolieren. Wie oben angegeben, kann das Isolationsmaterial 128 bei manchen Ausführungsformen ein dielektrisches Material, wie etwa Siliciumoxid, sein.
  • 8 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 208 im Anschluss an das Planarisieren der Baugruppe 206 (7), um das Isolationsmaterial 108 oberhalb der Finnen 104 zu entfernen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Baugruppe 206 unter Verwendung einer CMP-Technik (CMP: chemisch mechanisches Polieren) planarisiert werden.
  • 9 ist eine perspektivische Ansicht von wenigstens einem Teil der Baugruppe 208, welche die Finnen 104 zeigt, die sich von der Basis 102 erstrecken und durch das Isolationsmaterial 128 separiert sind. Die Querschnittsansichten aus 4-8 sind parallel zu der Ebene der Seite der perspektivischen Ansicht aus 9. 10 ist eine andere Querschnittsansicht der Baugruppe 208 entlang der gestrichelten Linie entlang der Finne 104-1 in 9. Die in 11-29, 31, 33, 35 und 37 veranschaulichten Querschnittsansichten sind entlang des gleichen Querschnitts wie 10. Die in 30, 32, 34, 36 und 38 veranschaulichten Querschnittsansichten sind entlang des gleichen Querschnitts wie 8.
  • 11 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 210 im Anschluss an das Bilden eines Gate-Dielektrikums 114 und eines Abschirmungsdielektrikums 113 auf den Finnen 104 der Baugruppe 208 (8-10). Das Abschirmungsdielektrikum 113 kann dabei helfen, das Gate-Dielektrikum 114 vor einer Beschädigung während anschließender Herstellungsvorgänge zu schützen. Das Abschirmungsdielektrikum 113 kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn das Gate-Dielektrikum 114 ein fragiles Material ist, das während einer Verarbeitung einfach beschädigt werden kann. Zum Beispiel kann das Abschirmungsdielektrikum 113 insbesondere vorteilhaft sein, wenn das Gate-Dielektrikum 114 ein thermisch aufgewachsenes dielektrisches Material ist. Manche thermisch aufgewachsenen dielektrischen Materialien weisen eine höhere Qualität als dielektrische Materialien auf, die unter Verwendung anderer Techniken (z. B. CVD, ALD oder physischer Gasphasenabscheidung (PVD) gefertigt werden, können aber anfälliger für eine Beschädigung sein. Wenn ein Gate-Dielektrikum 114 mit hoher Qualität bezüglich Isotopen gereinigt wird (wie weiter unten besprochen ist), kann die Konzentration eines Kernspins nahe dem Quantentopfstapel 146 niedrig sein, wobei eine Leistungsfähigkeit verbessert wird. Das Nutzen eines Abschirmungsdielektrikums 113 kann die Verwendung eines Gate-Dielektrikums 114 mit einer höheren Qualität in einer Quantenpunktvorrichtung 100 als bei herkömmlichen Ansätzen ermöglichen.
  • 12 zeigt eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 212 im Anschluss an das Abscheiden eines Dummy-Materials 111 auf der Baugruppe 210 (11) . Das Dummy-Material kann ein beliebiges Material beinhalten, das selektiv geätzt werden kann, ohne das Abschirmungsdielektrikum 113, die Abstandshalter 134 oder das Dummy-Material 109 (unten besprochen) zu ätzen. Bei manchen Ausführungsformen kann das Dummy-Material 111 Polysilicium beinhalten.
  • 13 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 214 im Anschluss an das Strukturieren des Dummy-Materials 111 der Baugruppe 212 (12). Die auf das Dummy-Material 111 angewandte Struktur kann den Stellen für die Gates 106 entsprechen, wie unten besprochen ist. Das Dummy-Material 111 kann durch Aufbringen eines Fotolacks, Strukturieren des Fotolacks unter Verwendung von Lithographie und dann Ätzen des Dummy-Materials 111 (unter Verwendung von Trockenätzen oder einer beliebigen angemessenen Technik) strukturiert werden. Wie in 13 veranschaulicht, können das Abschirmungsdielektrikum 113 und das Gate-Dielektrikum 114 zurückbleiben, nachdem das Dummy-Material 111 strukturiert wurde.
  • 14 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 216 im Anschluss an das Bereitstellen eines Abstandshaltermaterials 132 auf der Baugruppe 214 (13). Das Abstandshaltermaterial 132 kann zum Beispiel ein beliebiges der oben unter Bezugnahme auf die Abstandshalter 134 besprochen Materialien beinhalten und kann unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Technik abgeschieden werden. Zum Beispiel kann das Abstandshaltermaterial 132 ein Nitridmaterial (z. B. Siliciumnitrid) sein, das durch Sputtern abgeschieden wird.
  • 15 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 218 im Anschluss an das Ätzen des Abstandshaltermaterials 132 der Baugruppe 216 ( 14), wobei Abstandshalter 134, die aus dem Abstandshaltermaterial 132 gebildet sind, auf den Seitenflächen des Dummy-Materials 111 zurückgelassen werden. Das Ätzen des Abstandshaltermaterials 132 kann eine anisotrope Ätzung sein, wobei das Abstandshaltermaterial 132 „abwärts“ geätzt wird, um das Abstandshaltermaterial 132 auf dem Dummy-Material 111 und in einem Teil des Bereichs zwischen dem Dummy-Material 111 zu entfernen, während die Abstandshalter 134 auf den Seiten des Dummy-Materials 111 zurückgelassen werden. Bei manchen Ausführungsformen kann die anisotrope Ätzung eine Trockenätzung sein und kann selektiv hinsichtlich des Abstandshaltermaterials 132 sein, sodass das Abschirmungsdielektrikum 113 nicht signifikant geätzt wird. Bei manchen Ausführungsformen kann die Ätzung des Abstandshaltermaterials 132 so gesteuert werden, dass sie in das Abschirmungsdielektrikum 113 hinein „überätzt“, wodurch Vertiefungen in dem Abschirmungsdielektrikum 113 bewirkt werden, um dabei zu helfen, sicherzustellen, dass das Abstandshaltermaterial 132 wie gewünscht vollständig entfernt wurde.
  • 16 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 222 im Anschluss an das Bereitstellen eines anderen Dummy-Materials 109 auf der Baugruppe 218 (15). Das Dummy-Material 109 kann ein beliebiges Material beinhalten, das selektiv geätzt werden kann, ohne das Abschirmungsdielektrikum 113, die Abstandshalter 134 oder das Dummy-Material 111 zu ätzen. Bei manchen Ausführungsformen kann das Dummy-Material 109 Siliciumoxid beinhalten. Das Dummy-Material 109 kann die Bereiche zwischen angrenzenden der Teile aus Dummy-Material 111 füllen und kann sich über der Oberseite des Dummy-Materials 111 erstrecken, wie gezeigt ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das Dummy-Material 109 ein Isolationsmaterial sein und kann in der Quantenpunktvorrichtung 100 als ein Isolationsmaterial in einem Bereich von den Gates 106/108 entfernt zurückbleiben.
  • 17 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 221 im Anschluss an das Planarisieren der Baugruppe 220 (16), um das Dummy-Material 109 oberhalb des Dummy-Materials 111 zu entfernen, und dann das Entfernen des Dummy-Materials 111, um Hohlräume 103 zu bilden. Bei manchen Ausführungsformen kann das Dummy-Material 109 unter Verwendung einer CMP-Technik planarisiert werden. Eine beliebige geeignete Technik kann verwendet werden, um das Dummy-Material 111 zu entfernen, wie etwa eine Ätztechnik, die hinsichtlich des Dummy-Materials 111 selektiv ist, während das Abschirmungsdielektrikum 113, die Abstandshalter 134 und das Dummy-Material 109 an ihrer Stelle belassen werden. Wie in 17 veranschaulicht, können die Abstandshalter 134 die Seitenwände der Hohlräume 103 bereitstellen und kann das Abschirmungsdielektrikum 113 die Unterseite der Hohlräume 103 bereitstellen.
  • 18 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 222 im Anschluss an das Entfernen des Abschirmungsdielektrikums 113, das an den Unterseiten der Hohlräume 103 der Baugruppe 221 freigelegt ist (17), wobei Hohlräume 101 gebildet werden. Bei manchen Ausführungsformen kann das Abschirmungsdielektrikum 113 unter Verwendung einer stark anisotropen Ätzung entfernt werden. Das Gate-Dielektrikum 114 kann die Unterseiten der Hohlräume 101 bereitstellen, nachdem das Abschirmungsdielektrikum 113 entfernt wurde. Bei manchen Ausführungsformen wird das Gate-Dielektrikum 114 möglicherweise nicht geätzt, während bei anderen Ausführungsformen, wie unten unter Bezugnahme auf 77 besprochen ist, ein Teil des Gate-Dielektrikums 114 entfernt werden kann, um Vertiefungen 176 zu bilden.
  • 19 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 223 im Anschluss an das Abscheiden des Gate-Metalls 110 auf der Baugruppe 222 (18) und dann das Planarisieren des Gate-Metalls 110, um das Gate-Metall 110 über dem Dummy-Material 109 zu entfernen und das Dummy-Material 109 freizulegen. Das Gate-Metall 110 kann die Hohlräume 101 der Baugruppe 222 füllen, wie gezeigt ist. Das Gate-Metall 110 kann zusammen mit dem angrenzenden Gate-Dielektrikum 114 die Gates 106 bereitstellen, wie oben unter Bezugnahme auf 1-3 besprochen.
  • 20 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 224 im Anschluss an das Entfernen des Dummy-Materials 109 von der Baugruppe 223 (19). Eine beliebige geeignete Technik kann verwendet werden, um das Dummy-Material 109 zu entfernen, wie etwa eine Ätztechnik, die hinsichtlich des Dummy-Materials 109 selektiv ist, während das Abschirmungsdielektrikum 113, die Abstandshalter 134, das Gate-Dielektrikum 114 und das Gate-Metall 110 an ihrer Stelle belassen werden.
  • 21 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 225 im Anschluss an das Entfernen des Abschirmungsdielektrikums 113, das auf der Finne 104 freigelegt ist, von der Baugruppe 224 (20), wobei die Gate-Wände 138 gebildet werden. Das Abschirmungsdielektrikum 113, das ein Teil der Gate-Wände 138 (zwischen Abstandshaltern 134 und dem Gate-Dielektrikum 114) ist, verbleibt in der Baugruppe 225. Bei manchen Ausführungsformen kann das Abschirmungsdielektrikum 113, das auf der Finne 104 freigelegt ist, durch eine stark anisotrope Ätzung entfernt werden.
  • 22 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 226 im Anschluss an das Abscheiden des Gate-Metalls 112 auf der Baugruppe 225 (21) und Planarisieren des Gate-Metalls 112 oberhalb der Gates 106. Bei manchen Ausführungsformen kann die Baugruppe 220 unter Verwendung einer CMP-Technik planarisiert werden. Ein Teil des verbleibenden Gate-Metalls 112 kann Bereiche zwischen angrenzenden der Gates 106 füllen, wobei die Gates 108 bereitgestellt werden, während sich andere Teile 150 des verbleibenden Gate-Metalls „außerhalb“ der Gates 106 befinden.
  • 23 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 227 im Anschluss an das Bereitstellen einer Hartmaske 118 auf der planarisierten Oberfläche der Baugruppe 226 (22). Die Hartmaske 118 kann aus einem elektrisch isolierenden Material, wie etwa Siliciumnitrid oder mit Kohlenstoff dotiertem Nitrid, gebildet sein.
  • 24 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 228 im Anschluss an das Strukturieren der Hartmaske 118 der Baugruppe 227 (23). Die auf die Hartmaske 118 angewandte Struktur kann sich über die Hartmaske 116, über das Gate-Metall 110 der Gates 106 und über die Stellen der Gates 108 erstrecken (wie in 2 veranschaulicht ist). Die Hartmaske 118 kann durch Aufbringen eines Fotolacks, Strukturieren des Fotolacks unter Verwendung von Lithographie und dann Ätzen der Hartmaske (unter Verwendung von Trockenätzen oder einer beliebigen angemessenen Technik) strukturiert werden.
  • 25 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 229 im Anschluss an das Ätzen der Baugruppe 228 (24), um die Teile 150 zu entfernen, die nicht durch die strukturierte Hartmaske 118 geschützt sind. Die an der Baugruppe 226 durchgeführten Vorgänge können Entfernen jeglichen Gate-Dielektrikums 114 beinhalten, das auf der Finne 104 „freigelegt“ ist, wie gezeigt ist. Das überschüssige Gate-Dielektrikum 114 kann unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Technik, wie etwa oder Siliciumbombardierung, entfernt werden. Bei manchen Ausführungsformen wird das überschüssige Gate-Dielektrikum 114 möglicherweise nicht vollständig vor dem Dotieren der Finnen 104 (unten unter Bezugnahme auf 26 besprochen) entfernt, sondern kann nach dem Dotieren der Finnen 104 (z. B. vor dem Bilden der leitfähigen Vias 136) strukturiert werden.
  • 26 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 230 im Anschluss an das Dotieren der Finnen 104 der Baugruppe 228 (25), um dotierte Gebiete 140 in den Teilen der Finnen 104 „außerhalb“ der Gates 106/108 zu bilden. Der Dotierungsstofftyp, der zum Bilden der dotierten Gebiete 140 verwendet wird, kann von dem gewünschten Quantenpunkttyp abhängen, wie oben besprochen ist. Bei manchen Ausführungsformen kann die Dotierung durch Ionenimplantation durchgeführt werden. Wenn zum Beispiel der Quantenpunkt 142 ein Quantenpunkt 142 vom Elektronentyp sein soll, kann das dotierte Gebiet 140 durch Ionenimplantation von Phosphor, Arsen oder einem anderen n-Typ-Material gebildet werden. Wenn der Quantenpunkt 142 ein Quantenpunkt 142 vom Lochtyp sein soll, können die dotierten Gebiete 140 durch Ionenimplantation von Bor oder einem anderen p-Typ-Material gebildet werden. Ein Temperprozess, der die Dotierungsstoffe aktiviert und bewirkt, dass sie weiter in die Finnen 104 diffundieren, kann auf den Ionenimplantationsprozess folgen. Die Tiefe der dotierten Gebiete 140 kann einen beliebigen geeigneten Wert annehmen; zum Beispiel können sich die dotierten Gebiete 140 bei manchen Ausführungsformen bis zu einer Tiefe 115 zwischen 500 Ångström und 1000 Ångström in die Finne 104 erstrecken.
  • Die „äußersten“ Gate-Wände 138 können eine Dotierungsgrenze bereitstellen, die eine Diffusion der Dotierungsstoffe von den dotierten Gebieten 140 in den Bereich unter den Gates 106/108 beschränkt. Wie gezeigt, können sich die dotierten Gebiete 140 unter den angrenzenden Gate-Wänden 138 erstrecken. Bei manchen Ausführungsformen können sich die dotierten Gebiete 140 jenseits der äußeren Gate-Wände 138 und unter dem Gate-Metall 110 der äußeren Gates 106 erstrecken, können sich nur bis zu der Grenze zwischen den äußeren Gate-Wände 138 und dem angrenzenden Gate-Metall 110 erstrecken oder können unter den äußeren Gate-Wänden 138 enden und die Grenze zwischen den äußeren Gate-Wände 138 und dem angrenzenden Gate-Metall 110 nicht erreichen. Die Dotierungskonzentration der dotierten Gebiete 140 kann bei manchen Ausführungsformen zwischen 1017/cm3 und 1020/cm3 betragen.
  • 27 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 232 im Anschluss an das Bereitstellen einer Schicht aus Nickel oder einem anderen Material 143 über der Baugruppe 230 (26). Das Nickel oder das andere Material 143 kann auf der Baugruppe 230 unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Technik (z. B. einer Plattierungstechnik, CVD oder ALD) abgeschieden werden.
  • 28 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 234 im Anschluss an das Tempern der Baugruppe 232 (27), um zu bewirken, dass das Material 143 mit den dotierten Gebieten 140 interagiert, um das Grenzflächenmaterial 141 zu bilden, dann das Entfernen des unreagierten Materials. Wenn die dotierten Gebiete 140 Silicium beinhalten und das Material 143 zum Beispiel Nickel beinhaltet, kann das Grenzflächenmaterial 141 Nickelsilicid sein. Materialien außer Nickel können in den oben unter Bezugnahme auf 27 besprochenen Vorgängen abgeschieden werden, um andere Grenzflächenmaterialien 141 zu bilden, einschließlich zum Beispiel Titan, Aluminium, Molybdän, Kobalt, Wolfram oder Platin. Allgemeiner kann das Grenzflächenmaterial 141 der Baugruppe 234 beliebige der hier unter Bezugnahme auf das Grenzflächenmaterial 141 besprochenen Materialien beinhalten.
  • 29 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 236 im Anschluss an das Bereitstellen eines Isolationsmaterials 130 auf der Baugruppe 234 ( 28). Das Isolationsmaterial 130 kann beliebige der oben besprochenen Formen annehmen. Zum Beispiel kann das Isolationsmaterial 130 ein dielektrisches Material, wie etwa Siliciumoxid, sein. Das Isolationsmaterial 130 kann auf der Baugruppe 234 unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Technik, zum Beispiel Rotationsbeschichtung, CVD oder plasmagestützter CVD (PECVD), bereitgestellt werden. Bei manchen Ausführungsformen kann das Isolationsmaterial 130 nach einer Abscheidung und vor einer weiteren Verarbeitung zurückpoliert werden. Bei manchen Ausführungsformen kann die Dicke 131 des Isolationsmaterials 130, das auf der Baugruppe 236 bereitgestellt wird (wie von der Hartmaske 118 gemessen, wie in 29 angegeben ist), zwischen 50 Nanometer und 1,2 Mikrometer (z. B. zwischen 50 Nanometer und 300 Nanometer) betragen. 30 ist eine andere Querschnittsansicht der Baugruppe 236, entlang des Schnittes C-C aus 29.
  • 31 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 238 im Anschluss an das Bilden eines Grabens 125 in dem Isolationsmaterial 130 der Baugruppe 236 (29 und 30). Der Graben 125 kann unter Verwendung beliebiger gewünschte Techniken (z. B. Fotolackstrukturierung gefolgt von Ätzen) gebildet werden und kann eine Tiefe 127 und eine Breite 129 aufweisen, die die Form beliebiger der Ausführungsformen der Dicke 169 bzw. der Breite 171, die oben unter Bezugnahme auf die Magnetleitung 121 besprochen sind, annehmen. 32 ist eine andere Querschnittsansicht der Baugruppe 238, entlang des Schnittes C-C aus 31. Bei manchen Ausführungsformen kann die Baugruppe 236 planarisiert werden, um die Hartmaske 118 zu entfernen, dann kann zusätzliches Isolationsmaterial 130 auf der planarisierten Oberfläche bereitgestellt werden, bevor der Graben 125 gebildet wird; bei einer solchen Ausführungsform würde die Hartmaske 118 in der Quantenpunktvorrichtung 100 nicht vorhanden sein.
  • 33 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 240 im Anschluss an das Füllen des Grabens 125 der Baugruppe 238 (31 und 32) mit einem leitfähigen Material, um die Magnetleitung 121 zu bilden. Die Magnetleitung 121 kann unter Verwendung beliebiger gewünschter Techniken (z. B. Plattieren, gefolgt von Planarisieren, oder eines semiadditiven Prozesses) gebildet werden und kann die Form einer beliebigen der hier offenbarten Ausführungsformen annehmen. 34 ist eine andere Querschnittsansicht der Baugruppe 240, entlang des Schnittes C-C aus 33.
  • 35 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 242 im Anschluss an das Bereitstellen von zusätzlichem Isolationsmaterial 130 auf der Baugruppe 240 (33 und 34). Das Isolationsmaterial 130, das auf der Baugruppe 240 bereitgestellt ist, kann beliebige der oben besprochenen Formen des Isolationsmaterials 130 annehmen. 36 ist eine andere Querschnittsansicht der Baugruppe 242, entlang des Schnittes C-C aus 35.
  • 37 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 244 im Anschluss an das Bilden, in der Baugruppe 242 (35 und 36), von leitfähigen Vias 120 durch das Isolationsmaterial 130 (und die Hartmaske 118), um das Gate-Metall 110 der Gates 106 zu kontaktieren, leitfähigen Vias 122 durch das Isolationsmaterial 130 (und die Hartmaske 118), um das Gate-Metall 112 der Gates 108 zu kontaktieren, leitfähigen Vias 136 durch das Isolationsmaterial 130, um das Grenzflächenmaterial 141 der dotierten Gebiete 140 zu kontaktieren, und leitfähigen Vias 123 durch das Isolationsmaterial 130, um die Magnetleitung 121 zu kontaktieren. 38 ist eine andere Querschnittsansicht der Baugruppe 244, entlang des Schnittes C-C aus 37. Weitere leitfähige Vias und/oder Leitungen können, falls gewünscht, in der Baugruppe 244 unter Verwendung herkömmlicher Zwischenverbindungstechniken gebildet werden. Die resultierende Baugruppe 244 kann die Form der oben unter Bezugnahme auf 1-3 besprochenen Quantenpunktvorrichtung 100 annehmen.
  • Bei der in 1-3 veranschaulichten Ausführungsform der Quantenpunktvorrichtung 100 ist die Magnetleitung 121 parallel zu den Longitudinalachsen der Finnen 104 orientiert. Bei anderen Ausführungsformen ist die Magnetleitung 121 möglicherweise nicht parallel zu den Longitudinalachsen der Finnen 104 orientiert. Zum Beispiel sind 39-41 verschiedene Querschnittsansichten einer Ausführungsform einer Quantenpunktvorrichtung 100 mit mehreren Magnetleitungen 121, die jeweils nahe den Finnen 104 und senkrecht zu den Longitudinalachsen der Finnen 104 orientiert sind. Abgesehen von der Orientierung können die Magnetleitungen 121 der Ausführungsformen aus 39-41 die Form von beliebigen der oben besprochenen Ausführungsformen der Magnetleitung 121 annehmen. Die anderen Elemente der Quantenpunktvorrichtungen 100 aus 39-41 können die Form von beliebigen jener hier besprochenen Elemente annehmen. Die oben unter Bezugnahme auf 4-38 besprochenen Herstellungsvorgänge können verwendet werden, um die Quantenpunktvorrichtung 100 aus 39-41 herzustellen.
  • Obwohl eine einzige Magnetleitung 121 in 1-3 veranschaulicht ist, können mehrere Magnetleitungen 121 bei dieser Ausführungsform der Quantenpunktvorrichtung 100 enthalten sein (z. B. mehrere Magnetleitungen 121 parallel zu den Longitudinalachsen der Finnen 104). Zum Beispiel kann die Quantenpunktvorrichtung 100 aus 1-3 eine zweite Magnetleitung 121 nahe der Finne 104-2 auf eine zu der Magnetleitung 121, die nahe der Finne 104-1 veranschaulicht ist, symmetrische Weise beinhalten. Bei manchen Ausführungsformen können mehrere Magnetleitungen 121 in einer Quantenpunktvorrichtung 100 enthalten sein und können diese Magnetleitungen 121 parallel zueinander sein oder nicht. Zum Beispiel kann bei manchen Ausführungsformen eine Quantenpunktvorrichtung 100 zwei (oder mehr) Magnetleitungen 121 beinhalten, die senkrecht zueinander orientiert sind (z. B. eine oder mehrere Magnetleitungen 121, die wie jene in 1-3 veranschaulichten orientiert sind, und eine oder mehrere Magnetleitungen 121, die wie jene in 39-41 veranschaulichten orientiert sind).
  • Wie oben besprochen, können die Basis 102 und die Finne 104 einer Quantenpunktvorrichtung 100 aus einem Substrat 144 und einem Quantentopfstapel 146, die auf dem Substrat 144 angeordnet sind, gebildet werden. Der Quantentopfstapel 146 kann eine Quantentopfschicht beinhalten, in der sich ein 2DEG während eines Betriebs der Quantenpunktvorrichtung 100 ausbilden kann. Der Quantentopfstapel 146 kann beliebige einer Anzahl von Formen annehmen, von denen einige unten unter Bezugnahme auf 42-44 besprochen sind. Die verschiedenen Schichten in den Quantentopfstapeln 146, die unten besprochen sind, können auf dem Substrat 144 aufgewachsen werden (z. B. unter Verwendung von Molekularstrahlepitaxie, CVD oder ALD). Obwohl der Singularausdruck „Schicht“ verwendet werden kann, um auf verschiedene Komponenten des Quantentopfstapels 146 aus 42-44 zu verweisen, können beliebige der besprochenen Schichten mehrere Materialien beinhalten, die auf eine geeignete Weise angeordnet sind. Schichten außer der Quantentopfschicht 152 in einem Quantentopfstapel 146 können höhere Schwellenspannungen zur Leitung als die Quantentopfschicht 152 aufweisen, sodass, wenn die Quantentopfschicht 152 auf ihre jeweiligen Schwellenspannungen vorgespannt sind, die Quantentopfschicht 152 leitet und die anderen Schichten des Quantentopfstapels 146 nicht leiten. Dies kann eine Parallelleitung in sowohl der Quantentopfschicht 152 als auch den anderen Schichten vermeiden und dementsprechend vermeiden, dass die hohe Beweglichkeit der Quantentopfschicht 152 durch eine Leitung in Schichten, die eine schlechtere Beweglichkeit aufweisen, beeinträchtigt wird.
  • 42 ist eine Querschnittsansicht eines Quantentopfstapels 146 auf einem Substrat 144 und eines Gate-Dielektrikums 114 auf dem Quantentopfstapel 146. Der Quantentopfstapel 146 kann eine Pufferschicht 154 auf dem Substrat 144 und eine Quantentopfschicht 152 auf der Pufferschicht 154 beinhalten. Bei der Ausführungsform aus 42 kann sich das Gate-Dielektrikum 114 direkt auf der Quantentopfschicht 152 befinden. Die Quantentopfschicht 152 kann aus einem solchen Material gebildet sein, dass sich während eines Betriebs der Quantenpunktvorrichtung 100 ein 2DEG in der Quantentopfschicht 152 nahe der oberen Oberfläche der Quantentopfschicht 152 ausbilden kann. Wie gezeigt, kann das Gate-Dielektrikum 114 auf der oberen Oberfläche der Quantentopfschicht 152 angeordnet sein.
  • Die Quantentopfschicht 152 des hier offenbarten Quantentopfstapels 146 kann ein hinsichtlich Isotopen gereinigtes Material beinhalten. Wie hier verwendet, ist ein „hinsichtlich Isotopen gereinigtes Material“ ein Material, dessen Zusammensetzung von Isotopen mit Kernspin ungleich null geringer als die natürliche Häufigkeit dieser Isotope in dem Material ist. Mit anderen Worten beinhaltet ein hinsichtlich Isotopen gereinigtes Material einen geringeren Atomprozentsatz an Isotopen mit Kernspin ungleich null als die natürliche Häufigkeit dieser Isotope in dem nicht hinsichtlich Isotopen gereinigten Material. Isotope mit einem Kernspin ungleich null können eine Reduzierung der Elektronenspinkohärenzzeit in einer Quantenpunktvorrichtung 100 aufgrund der Hyperfeinkopplung des Elektronenspins an den Kernspin und intrinsische Wechselwirkungen zwischen Kernspins verursachen; Reduzieren der Anwesenheit dieser Isotope in einer Quantentopfschicht 152 (und/oder anderen Schichten in einem Quantentopfstapel 146) kann eine Qubit-Kohärenz und dementsprechend Leistungsfähigkeit verbessern. Die hier offenbarten hinsichtlich Isotopen gereinigten Materialien können durch Zentrifugieren eines Vorläufermaterials, um unterschiedliche Isotopen nach Masse zu isolieren, und dann Verwenden von nur den gewünschten Isotopen als Vorläufer für ein Wachstum des gewünschten Materials aufgewachsen werden. Bei manchen Ausführungsformen der hier offenbarten Quantentopfstapeln 146 kann ein hinsichtlich Isotopen gereinigtes Material (z. B. Zink, Cadmium, Tellur, Selen, Schwefel, Eisen, Blei, Zinn, Kohlenstoff, Germanium, Silicium, Hafnium, Zirconium, Titan, Strontium oder Yttrium, wie unten besprochen) mehr als 90 Atomprozent an stabilen Isotopen mit einem Kernspin gleich null (und weniger als 10 Atomprozent an Isotopen mit einem Kernspin ungleich null) beinhalten.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Quantentopfschicht 152 eines Quantentopfstapels 146 Silicium beinhalten oder daraus gebildet sein. Das Silicium kann ein hinsichtlich Isotopen gereinigtes Silicium mit einem niedrigeren 29Si-Anteil als die natürliche Häufigkeit von 29Si in Silicium sein. Zum Beispiel kann das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Silicium einen 29Si-Anteil aufweisen, der geringer als 4 Atomprozent (z. B. geringer als 3 Atomprozent, geringer als 2 Atomprozent, geringer als 1 Atomprozent oder geringer als 0,1 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Silicium einen 28Si-Anteil aufweisen, der größer als 93 Atomprozent (z. B. größer als 94 Atomprozent, größer als 95 Atomprozent, größer als 96 Atomprozent, größer als 90 Atomprozent, größer als 98 Atomprozent oder größer als 99 Atomprozent) ist. Ausführungsformen, bei denen die Quantentopfschicht 152 aus intrinsischen Silicium gebildet ist, können für Quantenpunktvorrichtung 100 vom Elektronentyp besonders vorteilhaft sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Quantentopfschicht 152 eines Quantentopfstapels 146 Germanium beinhalten oder daraus gebildet sein. Das Germanium kann ein hinsichtlich Isotopen gereinigtes Germanium sein, das einen geringeren 73Ge-Anteil als die natürliche Häufigkeit von 73Ge in Silicium aufweist. Zum Beispiel kann bei manchen Ausführungsformen das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Germanium einen 73Ge-Anteil aufweisen, der geringer als 7 Atomprozent (z. B. geringer als 6 Atomprozent, geringer als 5 Atomprozent, geringer als 4 Atomprozent, geringer als 3 Atomprozent, geringer als 2 Atomprozent oder geringer als 1 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Germanium einen 70Ge-Anteil aufweisen, der größer als 21 Atomprozent (z. B. größer als 90 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Germanium einen 72Ge-Anteil aufweisen, der größer als 28 Atomprozent (z. B. größer als 90 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Germanium einen 74Ge-Anteil aufweisen, der größer als 37 Atomprozent (z. B. größer als 90 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Germanium einen 76Ge-Anteil aufweisen, der größer als 8 Atomprozent (z. B. größer als 90 Atomprozent) ist. Ausführungsformen, bei denen die Quantentopfschicht 152 aus intrinsischem Germanium gebildet ist, können für Quantenpunktvorrichtungen 100 vom Lochtyp besonders vorteilhaft sein. Bei manchen Ausführungsformen kann die Quantentopfschicht 152 hinsichtlich Isotopen gereinigtes Silicium und hinsichtlich Isotopen gereinigtes Germanium (z. B. Siliciumgermanium, das aus hinsichtlich Isotopen gereinigten Silicium- und hinsichtlich Isotopen gereinigten Germaniumvorläufern gewachsen ist) beinhalten.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Quantentopfschicht 152 eines Quantentopfstapels 146 hinsichtlich Isotopen gereinigtes Zink beinhalten. Zum Beispiel kann bei manchen Ausführungsformen das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Zink einen 67Zn-Anteil aufweisen, der geringer als 4 Atomprozent (z. B. geringer als 3 Atomprozent, geringer als 2 Atomprozent oder geringer als 1 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einer Quantentopf Schicht 152 enthaltene Zink einen 64Zn-Anteil aufweisen, der größer als 50 Atomprozent (z. B. größer als 90 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Zink einen 66Zn-Anteil aufweisen, der größer als 28 Atomprozent (z. B. größer als 90 Atomprozent) ist.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Quantentopfschicht 152 eines Quantentopfstapels 146 hinsichtlich Isotopen gereinigtes Cadmium beinhalten. Zum Beispiel kann bei manchen Ausführungsformen das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Cadmium einen 111 Cd-Anteil aufweisen, der geringer als 12 Atomprozent (z. B. geringer als 10 Atomprozent, geringer als 5 Atomprozent oder geringer als 1 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Cadmium einen 113Cd-Anteil aufweisen, der geringer als 12 Atomprozent (z. B. geringer als 10 Atomprozent, geringer als 5 Atomprozent oder geringer als 1 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Cadmium einen 114Cd-Anteil aufweisen, der größer als 29 Atomprozent (z. B. größer als 90 Atomprozent) ist.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Quantentopfschicht 152 eines Quantentopfstapels 146 hinsichtlich Isotopen gereinigtes Tellur beinhalten. Zum Beispiel kann bei manchen Ausführungsformen das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Tellur einen 123Te-Anteil aufweisen, der geringer als 0,9 Atomprozent (z. B. geringer als 0,5 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Tellur einen 125Te-Anteil aufweisen, der geringer als 7 Atomprozent (z. B. geringer als 5 Atomprozent, geringer als 2 Atomprozent oder geringer als 1 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Tellur einen 128Te-Anteil aufweisen, der größer als 32 Atomprozent (z. B. größer als 90 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Tellur einen 130Te-Anteil aufweisen, der größer als 35 Atomprozent (z. B. größer als 90 Atomprozent) ist.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Quantentopfschicht 152 eines Quantentopfstapels 146 hinsichtlich Isotopen gereinigtes Selen beinhalten. Zum Beispiel kann bei manchen Ausführungsformen das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Selen einen 77Se-Anteil aufweisen, der geringer als 7 Atomprozent (z. B. geringer als 5 Atomprozent, geringer als 2 Atomprozent oder geringer als 1 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Selen einen 78Se-Anteil aufweisen, der größer als 24 Atomprozent (z. B. größer als 90 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Selen einen 80 Se-Anteil aufweisen, der größer als 50 Atomprozent (z. B. größer als 90 Atomprozent) ist.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Quantentopfschicht 152 eines Quantentopfstapels 146 hinsichtlich Isotopen gereinigten Schwefel beinhalten. Zum Beispiel kann bei manchen Ausführungsformen der in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Schwefel einen 33S-Anteil aufweisen, der geringer als 0,8 Atomprozent (z. B. geringer als 0,5 Atomprozent, geringer als 0,2 Atomprozent oder geringer als 0,1 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann der in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Schwefel einen 32S-Anteil aufweisen, der größer als 95 Atomprozent ist.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Quantentopfschicht 152 eines Quantentopfstapels 146 hinsichtlich Isotopen gereinigtes Eisen beinhalten. Zum Beispiel kann bei manchen Ausführungsformen das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Eisen einen 57Fe-Anteil aufweisen, der geringer als 2 Atomprozent (z. B. geringer als 1 Atomprozent oder geringer als 0,5 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Eisen einen 56Fe-Anteil aufweisen, der größer als 92 Atomprozent ist.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Quantentopfschicht 152 eines Quantentopfstapels 146 hinsichtlich Isotopen gereinigtes Blei beinhalten. Zum Beispiel kann bei manchen Ausführungsformen das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Blei einen 207Pb-Anteil aufweisen, der geringer als 22 Atomprozent (z. B. geringer als 10 Atomprozent, geringer als 2 Atomprozent oder geringer als 1 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Blei einen 208Pb-Anteil aufweisen, der größer als 53 Atomprozent (z. B. größer als 90 Atomprozent) ist.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Quantentopfschicht 152 eines Quantentopfstapels 146 hinsichtlich Isotopen gereinigtes Zinn beinhalten. Zum Beispiel kann bei manchen Ausführungsformen das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Zinn einen 119Sn-Anteil aufweisen, der geringer als 8 Atomprozent (z. B. geringer als 5 Atomprozent, geringer als 2 Atomprozent oder geringer als 1 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Zinn einen 117Sn-Anteil aufweisen, der geringer als 7 Atomprozent (z. B. geringer als 5 Atomprozent, geringer als 2 Atomprozent oder geringer als 1 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Zinn einen 115Sn-Anteil aufweisen, der geringer als 0,3 Atomprozent (z. B. geringer als 0,2 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Zinn einen 120Sn-Anteil aufweisen, der größer als 33 Atomprozent (z. B. größer als 90 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Zinn einen 118Sn-Anteil aufweisen, der größer als 25 Atomprozent (z. B. größer als 90 Atomprozent) ist.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Quantentopfschicht 152 eines Quantentopfstapels 146 hinsichtlich Isotopen gereinigten Kohlenstoff beinhalten. Zum Beispiel kann bei manchen Ausführungsformen der in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Kohlenstoff einen 13C-Anteil aufweisen, der geringer als 1 Atomprozent (z. B. geringer als 0,5 Atomprozent, oder geringer als 0,2 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann der in einer Quantentopfschicht 152 enthaltene Kohlenstoff einen 12C-Anteil aufweisen, der größer als 99 Atomprozent ist.
  • Bei manchen Ausführungsformen können Materialschichten, die angrenzend an die oder nahe der Quantentopfschicht 152 sind (z. B. andere Schichten in einem Quantentopfstapel 146 oder außerhalb des Quantentopfstapels 146), auch ein hinsichtlich Isotopen gereinigtes Material beinhalten, um eine Elektronenspindephasierung in den Quantentopfschicht 152 zu reduzieren, die durch Kernspins außerhalb der Quantentopfschicht 152 induziert wird.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate-Dielektrikum 114 (z. B. das Gate-Dielektrikum 114 aus 42) ein hinsichtlich Isotopen gereinigtes Material beinhalten. Zum Beispiel kann das Gate-Dielektrikum 114 hinsichtlich Isotopen gereinigtes Silicium (z. B. gemäß beliebigen der oben besprochenen Ausführungsformen) beinhalten. Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate.-Dielektrikum 114 Sauerstoff und hinsichtlich Isotopen gereinigtes Silicium (z. B. als Siliciumoxid) beinhalten. Bei einem anderen Beispiel kann das Gate-Dielektrikum 114 hinsichtlich Isotopen gereinigtes Germanium (z. B. gemäß beliebigen der oben besprochenen Ausführungsformen) beinhalten. Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate-Dielektrikum 114 Sauerstoff und hinsichtlich Isotopen gereinigtes Germanium (z. B. als Germaniumoxid) beinhalten.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate-Dielektrikum 114 hinsichtlich Isotopen gereinigtes Hafnium beinhalten. Zum Beispiel kann das in einem Gate-Dielektrikum 114 enthaltene Hafnium einen 177Hf-Anteil aufweisen, der geringer als 18 Atomprozent (z. B. geringer als 10 Atomprozent, geringer als 5 Atomprozent oder geringer als 1 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einem Gate-Dielektrikum 114 enthaltene Hafnium einen 179Hf-Anteil aufweisen, der geringer als 13 Atomprozent (z. B. geringer als 10 Atomprozent, geringer als 5 Atomprozent oder geringer als 1 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einem Gate-Dielektrikum 114 enthaltene Hafnium einen 178Hf-Anteil aufweisen, der größer als 28 Atomprozent (z. B. größer als 90 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einem Gate-Dielektrikum 114 enthaltene Hafnium einen 180Hf-Anteil aufweisen, der größer als 36 Atomprozent ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate-Dielektrikum 114 Sauerstoff und hinsichtlich Isotopen gereinigtes Hafnium (z. B. als Hafniumoxid) (z. B. größer als 90 Atomprozent) beinhalten.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate-Dielektrikum 114 hinsichtlich Isotopen gereinigtes Zirconium beinhalten. Zum Beispiel kann das in einem Gate-Dielektrikum 114 enthaltene Hafnium einen 91Zr-Anteil aufweisen, der geringer als 11 Atomprozent (z. B. geringer als 10 Atomprozent, geringer als 5 Atomprozent oder geringer als 1 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einem Gate-Dielektrikum 114 enthaltene Zirconium einen 90Zr-Anteil aufweisen, der größer als 52 Atomprozent ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate-Dielektrikum 114 Sauerstoff und hinsichtlich Isotopen gereinigtes Zirconium (z. B. als Zirconiumoxid) beinhalten.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate-Dielektrikum 114 hinsichtlich Isotopen gereinigtes Titan beinhalten. Zum Beispiel kann das in einem Gate-Dielektrikum 114 enthaltene Titan einen 47Ti-Anteil aufweisen, der geringer als 7 Atomprozent (z. B. geringer als 5 Atomprozent, geringer als 2 Atomprozent oder geringer als 1 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einem Gate-Dielektrikum 114 enthaltene Titan einen 49Ti-Anteil aufweisen, der geringer als 5 Atomprozent (z. B. geringer als 2 Atomprozent oder geringer als 1 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einem Gate-Dielektrikum 114 enthaltene Titan einen 48Ti-Anteil aufweisen, der größer als 74 Atomprozent (z. B. größer als 90 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate-Dielektrikum 114 Sauerstoff und hinsichtlich Isotopen gereinigtes Titan (z. B. als Titanoxid) beinhalten.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate-Dielektrikum 114 hinsichtlich Isotopen gereinigtes Strontium beinhalten. Zum Beispiel kann das in einem Gate-Dielektrikum 114 enthaltene Strontium einen 87Sr-Anteil aufweisen, der geringer als 7 Atomprozent (z. B. geringer als 5 Atomprozent, geringer als 2 Atomprozent oder geringer als 1 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einem Gate-Dielektrikum 114 enthaltene Strontium einen 88Sr-Anteil aufweisen, der größer als 83 Atomprozent (z. B. größer als 90 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate-Dielektrikum 114 Sauerstoff und hinsichtlich Isotopen gereinigtes Strontium (z. B. als Strontiumoxid) beinhalten.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate-Dielektrikum 114 hinsichtlich Isotopen gereinigtes Yttrium beinhalten. Zum Beispiel kann das in einem Gate-Dielektrikum 114 enthaltene Yttrium einen 171Y-Anteil aufweisen, der geringer als 14 Atomprozent (z. B. geringer als 10 Atomprozent, geringer als 5 Atomprozent oder geringer als 1 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einem Gate-Dielektrikum 114 enthaltene Yttrium einen 173Y-Anteil aufweisen, der geringer als 16 Atomprozent (z. B. geringer als 10 Atomprozent, geringer als 5 Atomprozent oder geringer als 1 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einem Gate-Dielektrikum 114 enthaltene Yttrium einen 174Y-Anteil aufweisen, der größer als 32 Atomprozent (z. B. größer als 90 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das in einem Gate-Dielektrikum 114 enthaltene Yttrium einen 172Y-Anteil aufweisen, der größer als 22 Atomprozent (z. B. größer als 90 Atomprozent) ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate-Dielektrikum 114 Sauerstoff und hinsichtlich Isotopen gereinigtes Yttrium (z. B. als Yttriumoxid) beinhalten.
  • Die Pufferschicht 154 kann aus dem gleichen Material wie die Quantentopfschicht 152 gebildet sein und kann vorhanden sein, um Defekte einzufangen, die sich in diesem Material ausbilden, wenn es auf dem Substrat 144 aufgewachsen wird. Bei manchen Ausführungsformen kann die Quantentopfschicht 152 aus hinsichtlich Isotopen gereinigtem Silicium gebildet werden und kann die Pufferschicht 154 aus intrinsischem Silicium gebildet werden. Bei manchen Ausführungsformen kann die Quantentopfschicht 152 aus hinsichtlich Isotopen gereinigtem Germanium gebildet werden und kann die Pufferschicht 154 aus intrinsischem Germanium gebildet werden. Bei manchen Ausführungsformen kann die Pufferschicht 154 unter von der Quantentopfschicht 152 verschiedenen Bedingungen (z. B. Abscheidungstemperatur und Wachstumsrate) aufgewachsen werden. Insbesondere kann die Quantentopfschicht 152 unter Bedingungen aufgewachsen werden, die weniger Defekte als in der Pufferschicht 154 erzielen. Bei manchen Ausführungsformen, bei denen die Pufferschicht 154 Siliciumgermanium beinhaltet, kann das Siliciumgermanium der Pufferschicht 154 einen Germaniumanteil aufweisen, der von dem Substrat 144 zu der Quantentopfschicht 152 variiert; zum Beispiel kann das Siliciumgermanium der Pufferschicht 154 einen Germaniumanteil aufweisen, der von null Prozent bei dem Substrat zu einem Prozentwert ungleich null (z. B. 30 Atomprozent) bei der Quantentopfschicht 152 variiert.
  • Wie oben angegeben, kann es vorteilhaft sein, dass Materialien, die an die Quantentopfschicht 152 angrenzen oder nahe dieser sind, hinsichtlich Isotopen gereinigte Materialien beinhalten, um einen Elektronenspindephasierung zu reduzieren. Dementsprechend kann bei manchen Ausführungsformen wenigstens der obere Teil der Pufferschicht 154 (z. B. die oberen 50 Nanometer bis 100 Nanometer der Pufferschicht 154) ein hinsichtlich Isotopen gereinigtes Material (z. B. hinsichtlich Isotopen gereinigtes Silicium oder Germanium) beinhalten.
  • 43 ist eine Querschnittsansicht einer Anordnung einschließlich eines Substrats 144, eines Quantentopfstapels 146 und eines Gate-Dielektrikums 114. Der Quantentopfstapel 146 aus 43 kann eine Pufferschicht 154, eine Barriereschicht 156-1, eine Quantentopfschicht 152 und eine zusätzliche Barriereschicht 156-2 beinhalten. Die Barriereschicht 156-1 (156-2) kann eine Potentialbarriere zwischen der Quantentopfschicht 152 und der Pufferschicht 154 (Gate-Dielektrikum 114) bereitstellen. Bei der Ausführungsform aus 43 können die Barriereschichten 156 ein hinsichtlich Isotopen gereinigtes Material beinhalten, wie etwa beliebige der oben unter Bezugnahme auf die Quantentopfschicht 152 besprochen Materialien. Zum Beispiel können die Teile der Barriereschichten 156 angrenzend an die Quantentopfschicht 152 (z. B. 25 Nanometer bis 100 Nanometer der Barriereschichten 156 am nächsten zu der Quantentopfschicht 152) ein hinsichtlich Isotopen gereinigtes Material beinhalten (wohingegen der Rest der Barriereschichten 156 ein hinsichtlich Isotopen gereinigtes Material beinhalten kann oder auch nicht). Bei der Ausführungsform aus 43 kann die Pufferschicht 154 und/oder das Gate-Dielektrikum 114 ein hinsichtlich Isotopen gereinigtes Material beinhalten oder auch nicht; allgemeiner kann die Pufferschicht 154 und/oder das Gate-Dielektrikum 114 aus 43 die Form von beliebigen der hier offenbarten Ausführungsformen annehmen. Bei manchen Ausführungsformen, bei denen die Quantentopfschicht 152 Silicium oder Germanium beinhaltet, können die Barriereschichten 156 Siliciumgermanium (z. B. hinsichtlich Isotopen gereinigtes Silicium und hinsichtlich Isotopen gereinigtes Germanium) beinhalten. Der Germaniumanteil von diesem Siliciumgermanium kann zwischen 20 Atomprozent und 80 Atomprozent (z. B. zwischen 30 Atomprozent und 70 Atomprozent) betragen.
  • Bei manchen Ausführungsformen der Anordnung aus 43 können die Pufferschicht 154 und die Barriereschicht 156-1 aus Siliciumgermanium gebildet werden. Bei manchen solchen Ausführungsformen kann das Siliciumgermanium der Pufferschicht 154 einen Germaniumanteil aufweisen, der von dem Substrat 144 zu der Barriereschicht 156-1 variiert; zum Beispiel kann das Siliciumgermanium der Pufferschicht 154 einen Germaniumanteil aufweisen, der von null Prozent bei dem Substrat zu einem Prozentwert ungleich null (z. B. zwischen 30 Atomprozent und 70 Atomprozent) bei der Barriereschicht 156-1 variiert. Die Barriereschicht 156-1 kann wiederum einen Germaniumanteil gleich dem Prozentwert ungleich null aufweisen. Bei anderen Ausführungsformen kann die Pufferschicht 154 einen Germaniumanteil gleich dem Germaniumanteil der Barriereschicht 156-1 aufweisen, kann aber dicker als die Barriereschicht 156-1 sein, um die Defekte zu absorbieren, die während des Wachstums entstehen. Bei manchen Ausführungsformen des Quantentopfstapels 146 aus 43 kann die Barriereschicht 156-2 ausgelassen sein.
  • 44 ist eine Querschnittsansicht eines anderen beispielhaften Quantentopfstapels 146 auf einem beispielhaften Substrat 144, mit einem Gate-Dielektrikum 144 auf dem Quantentopfstapel 146. Der Quantentopfstapel 146 aus 45 kann eine Isolationsschicht 155 auf dem Substrat 144, eine Quantentopfschicht 152 auf der Isolationsschicht 155 und eine Barriereschicht 156 auf der Quantentopfschicht 152 beinhalten. Die Anwesenheit der Isolationsschicht 155 kann dabei helfen, Ladungsträger auf die Quantentopfschicht 152 zu begrenzen, wobei eine hohe Talteilung während eines Betriebs bereitgestellt wird.
  • Die Isolationsschicht 155 kann ein beliebiges geeignetes elektrisch isolierendes Material beinhalten. Zum Beispiel kann bei manchen Ausführungsformen die Isolationsschicht 155 ein Oxid (z. B. Siliciumoxid oder Hafniumoxid) sein. Bei manchen Ausführungsformen kann die Isolationsschicht 155, um eine Qubit-Kohärenz der Quantentopfschicht 152 zu verbessern, ein hinsichtlich Isotopen gereinigtes Material beinhalten (z. B. beliebige der oben unter Bezugnahme auf das Gate-Dielektrikum 114 besprochen Materialien). Das Substrat 144, die Quantentopfschicht 152 und die Barriereschicht 156 aus 44 können die Form einer beliebigen der hier offenbarten Ausführungsformen annehmen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Quantentopfschicht 152 auf der Isolationsschicht 155 durch eine Schichttransfertechnik gebildet werden. Bei manchen Ausführungsformen kann die Barriereschicht 156 aus dem Quantentopfstapel 146 aus 44 weggelassen werden.
  • Die Dicken (d. h. z-Richtungen) der Schichten in den Quantentopfstapeln 146 aus 42-44 können beliebige geeignete Werte annehmen. Zum Beispiel kann bei manchen Ausführungsformen die Dicke der Quantentopfschicht 152 zwischen 5 Nanometer und 15 Nanometer (z. B. näherungsweise gleich 10 Nanometer) betragen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Dicke einer Pufferschicht 154 zwischen 0,3 Mikrometer und 4 Mikrometer (z. B. zwischen 0,3 Mikrometer und 2 Mikrometer oder näherungsweise 0,5 Mikrometer) betragen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Dicke der Barriereschichten 156 zwischen 0 Nanometer und 300 Nanometer betragen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Dicke der Isolationsschicht 155 in dem Quantentopfstapel 146 aus 45 zwischen 5 Nanometer und 200 Nanometer betragen.
  • Das Substrat 144 und der Quantentopfstapel 146 können zwischen der Basis 102 und den Finnen 104 der Quantenpunktvorrichtung 100 verteilt sein, wie oben besprochen ist. Die Verteilung kann auf eine beliebige einer Reihe von Arten stattfinden. Zum Beispiel veranschaulichen 45-51 beispielhafte Basis/Finnen-Anordnungen 158, die in der Quantenpunktvorrichtung 100 verwendet werden können, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • Bei der Basis/Finnen-Anordnung 158 aus 45 kann der Quantentopfstapel 146 in den Finnen 104, aber nicht in der Bass 102 enthalten sein. Das Substrat 144 kann in der Basis 102, aber nicht in den Finnen 104 enthalten sein. Wenn die Basis/Finnen-Anordnung 158 aus 45 bei den unter Bezugnahme auf 5-6 besprochenen Herstellungsvorgänge verwendet wird, kann das Finnenätzen durch den Quantentopfstapel 146 hindurch ätzen und stoppen, wenn das Substrat 144 erreicht wird.
  • Bei der Basis/Finnen-Anordnung 158 aus 46 kann der Quantentopfstapel 146 in den Finnen 104 sowie in einem Teil der Basis 102 enthalten sein. Ein Substrat 144 kann ebenfalls in der Basis 102, aber nicht in den Finnen 104 enthalten sein. Wenn die Basis/Finnen-Anordnung 158 aus 46 bei den unter Bezugnahme auf 5-6 besprochenen Herstellungsvorgänge verwendet wird, kann das Finnenätzen teilweise durch den Quantentopfstapel 146 hindurch ätzen und stoppen, bevor das Substrat 144 erreicht wird. 47 veranschaulicht eine spezielle Ausführungsform der Basis/Finnen-Anordnung 158 aus 46. Bei der Ausführungsform aus 47 wird der Quantentopfstapel 146 aus 42 verwendet; die Basis 102 beinhaltet das Substrat 144 und einen Teil der Pufferschicht 154 des Quantentopfstapels 146, während die Finnen 104 den Rest des Quantentopfstapels 146 beinhalten.
  • Bei der Basis/Finnen-Anordnung 158 aus 48 kann der Quantentopfstapel 146 in den Finnen 104, aber nicht in der Basis 102 enthalten sein. Das Substrat 144 kann teilweise in den Finnen 104 sowie in der Basis 102 enthalten sein. Wenn die Basis/Finnen-Anordnung 158 aus 48 bei den unter Bezugnahme auf 5-6 besprochenen Herstellungsvorgänge verwendet wird, kann das Finnenätzen durch den Quantentopfstapel 146 hindurch und in das Substrat 144 hinein ätzen, bevor es stoppt. 49 veranschaulicht eine spezielle Ausführungsformen der Basis/Finnen-Anordnung 158 aus 48. Bei der Ausführungsform aus 49 wird der Quantentopfstapel 146 aus 45 verwendet. Die Finnen 104 beinhalten den Quantentopfstapel 146 und einen Teil des Substrats 144, während die Basis 102 den Rest des Substrats 144 beinhaltet.
  • Obwohl die Finnen 104 in vielen der vorhergehenden Figuren als im Wesentlichen rechteckig mit parallelen Seitenwänden veranschaulicht wurden, dient dies nur der einfachen Veranschaulichung und können die Finnen 104 eine beliebige geeignete Form (z. B. eine für den Herstellungsprozess, der zum Bilden der Finnen 104 verwendet wird, angemessene Form) aufweisen. Zum Beispiel können, wie bei der Basis/Finnen-Anordnung 158 aus 50 veranschaulicht, die Finnen 104 bei manchen Ausführungsformen sich verjüngend sein. Bei manchen Ausführungsformen können sich die Finnen 104 um 3 Nanometer bis 10 Nanometer in der x-Breite für jeweils 100 Nanometer in der z-Höhe (z. B. 5 Nanometer in der x-Breite für jeweils 100 Nanometer in der z-Höhe) verjüngen. Wenn die Finnen 104 sich verjüngend sind, kann das breitere Ende der Finnen 104 das Ende am nächsten zu der Basis 102 sein, wie in 50 veranschaulicht ist. 51 veranschaulicht eine spezielle Ausführungsformen der Basis/Finnen-Anordnung 158 aus 50. In 51 ist der Quantentopfstapel 146 in den sich verjüngenden Finnen 104 enthalten, während ein Teil des Substrats 144 in den sich verjüngenden Finnen bereitgestellt ist und ein Teil des Substrats 144 die Basis 102 bereitstellt.
  • 52-54 sind Querschnittsansichten einer anderen Ausführungsform einer Quantenpunktvorrichtung 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Insbesondere veranschaulicht 53 die Quantenpunktvorrichtung 100 entlang des Schnittes A-A aus 52 (wohingegen 52 die Quantenpunktvorrichtung 100F entlang des Schnittes C-C aus 53 veranschaulicht) und veranschaulicht 54 die Quantenpunktvorrichtung 100 entlang des Schnittes D-D aus 53 (wohingegen 53 die Quantenpunktvorrichtung 100 entlang des Schnittes A-A aus 54 veranschaulicht). Die Quantenpunktvorrichtung 100 aus 52-54 entlang des Schnittes B-B aus 52 kann die gleiche wie in 3 veranschaulicht sein. Obwohl 52 angibt, dass der in 53 veranschaulichte Querschnitt durch den Graben 107-1 genommen ist, kann ein analoger Querschnitt durch den Graben 107 identisch sein und dementsprechend verweist die Erörterung von 53 allgemein auf den „Graben 107“.
  • Die Quantenpunktvorrichtung 100 kann einen Quantentopfstapel 146 beinhalten, der auf einem Substrat 144 angeordnet ist. Eine Schicht eines Gate-Dielektrikums 114 kann auf dem Quantentopfstapel 146 angeordnet sein, eine Schicht eines Abschirmungsdielektrikums 113 kann auf der Schicht des Gate-Dielektrikums 114 angeordnet sein und ein Isolationsmaterial 128 kann sich abwärts zu dem Quantentopfstapel 146 erstrecken. Bei der in 52-54 veranschaulichten Ausführungsform kann das Gate-Dielektrikum 114 die „Unterseite“ der Gräben 107 bereitstellen. Der Quantentopfstapel 146 der Quantenpunktvorrichtung 100 aus 52 -54 kann die Form eines beliebigen der hier offenbarten Quantentopfstapeln annehmen (z. B. wie oben unter Bezugnahme auf 42-44 besprochen ist). Die verschiedenen Schichten in dem Quantentopfstapel 146 aus 52-54 können auf dem Substrat 144 aufgewachsen werden (z. B. unter Verwendung von epitaktischen Prozessen).
  • Obwohl nur zwei Gräben, 107-1 und 107-2, in 52-54 gezeigt sind, dient dies nur der einfachen Veranschaulichung und können mehr als zwei Gräben 107 in der Quantenpunktvorrichtung 100 enthalten sein. Bei manchen Ausführungsformen ist die Gesamtanzahl an Gräben 107, die in der Quantenpunktvorrichtung 100 enthalten sind, eine gerade Zahl, wobei die Gräben 107 in Paare organisiert sind, die einen aktiven Graben 107 und einen Lesegraben 107 beinhalten, wie unten ausführlich besprochen ist. Wenn die Quantenpunktvorrichtung 100 mehr als zwei Gräben 107 beinhaltet, können die Gräben 107 in Paaren in einer Linie (z. B. können insgesamt 2N Gräben in einer 1×2-Linie oder einer 2×N-Linie angeordnet sein) oder in Paaren in einem größeren Array (z. B. können insgesamt 2N Gräben als ein 4×N/2-Array, ein 6×N/3-Array usw. angeordnet sein) angeordnet sein. Zum Beispiel veranschaulicht 78 eine Quantenpunktvorrichtung 100 einschließlich eines beispielhaften zweidimensionalen Arrays aus Gräben 107. Wie in 52 und 54 veranschaulicht, können bei manchen Ausführungsformen mehrere Gräben 107 parallel orientiert sein. Die Erörterung wird sich hier zur einfachen Veranschaulichung hauptsächlich auf ein einziges Paar von Gräben 107 konzentrieren, aber sämtliche Lehren der vorliegenden Offenbarung gelten für Quantenpunktvorrichtungen 100 mit mehr Gräben 107.
  • Wie oben unter Bezugnahme auf 1-3 besprochen, kann bei der Quantenpunktvorrichtung 100 aus 52-54 eine Quantentopfschicht selbst eine geometrische Begrenzung bezüglich der z-Position von Quantenpunkten in dem Quantentopfstapel 146 bereitstellen. Um die x- und y-Position von Quantenpunkten in dem Quantentopfstapel 146 zu steuern, können Spannungen an die Gates angelegt werden, die wenigstens teilweise in den Gräben 107 oberhalb des Quantentopfstapels 146 angeordnet sind, um das Energieprofil entlang der Gräben 107 in der x- und y-Richtung anzupassen, um dadurch die x- und y-Position von Quantenpunkten innerhalb von Quantentöpfen zu begrenzen (ausführlich unter Bezugnahme auf die Gates 106/108 besprochen). Die Abmessungen der Gräben 107 können beliebige geeignete Werte annehmen. Zum Beispiel können die Gräben 107 bei manchen Ausführungsformen jeweils eine Breite 162 zwischen 10 Nanometer und 30 Nanometer aufweisen. Bei manchen Ausführungsformen können die Gräben 107 jeweils eine vertikale Abmessung 164 zwischen 200 Nanometer und 400 Nanometer (z. B. zwischen 250 Nanometer und 350 Nanometer oder gleich 300 Nanometer) aufweisen. Das Isolationsmaterial 128 kann ein dielektrisches Material (z. B. ein Zwischenschichtdielektrikum), wie etwa Siliciumoxid, sein. Bei manchen Ausführungsformen kann das Isolationsmaterial 128 ein CVD- oder fließfähiges CVD-Oxid sein. Bei manchen Ausführungsformen können die Gräben 107 um einen Abstand 160 zwischen 50 Nanometern 500 Nanometer beabstandet sein.
  • Mehrere Gates können wenigstens teilweise in jedem der Gräben 107 angeordnet sein. Bei der in 53 veranschaulichten Ausführungsform sind drei Gates 106 und zwei Gates 108 als wenigstens teilweise in einem einzigen Graben 107 verteilt gezeigt. Diese spezielle Anzahl an Gates ist nur veranschaulichend und eine beliebige Anzahl an Gates kann verwendet werden. Außerdem können, wie unten unter Bezugnahme auf 79 besprochen, mehrere Gruppen von Gates (wie die in 53 veranschaulichten Gates) wenigstens teilweise innerhalb des Grabens 107 angeordnet werden.
  • Wie in 53 gezeigt, kann das Gate 108-1 zwischen den Gates 106-1 und 106-2 angeordnet sein und kann das Gate 108-2 zwischen den Gates 106-2 und 106-3 angeordnet sein. Eine Schicht eines Gate-Dielektrikums 114 kann zwischen mehreren der Gates 106 und 108 geteilt werden, wie gezeigt ist. Das Gate-Metall 110 eines Gates 106 kann von dem Gate-Metall 112 eines angrenzenden Gates 108 durch eine Gate-Wand 138 beabstandet sein. Die Gate-Wände 138 können zwei unterschiedliche dielektrischen Materialien beinhalten. Zum Beispiel kann eine Gate-Wand 138 ein Abschirmungsdielektrikum 113 und einen Abstandshalter 134 beinhalten. Das Abschirmungsdielektrikum 113 kann zwischen dem Gate-Dielektrikum 114 und dem Abstandshalter 134 angeordnet sein. Wie in 53 veranschaulicht, können die Abstandshalter 134 näher bei dem Quantentopfstapel 146 dicker und weiter von dem Quantentopfstapel 146 entfernt dünner sein. Bei manchen Ausführungsformen können die Abstandshalter 134 eine konvexe Form aufweisen.
  • Die Abstandshalter 134 können aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet sein, wie etwa einem beliebigen der oben besprochen Materialien. Das Abschirmungsdielektrikum 113 kann aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet sein, wie etwa einem beliebigen der oben besprochenen Materialien.
  • Jedes der Gates 106/108 kann ein Gate-Dielektrikum 114 beinhalten; wie oben angegeben, kann das Gate-Dielektrikum 114 für alle der Gates 106/108 durch eine gemeinsame Schicht eines Gate-Dielektrikums 114 bereitgestellt werden, die zwischen dem Quantentopfstapel 146 und dem Isolationsmaterial 128 bereitgestellt ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate-Dielektrikum 114 ein mehrschichtiges Gate-Dielektrikum sein (z. B. mit mehreren Materialien, die verwendet werden, um die Grenzfläche zwischen dem Graben 107 und dem entsprechenden Gate-Metall zu verbessern). Das Gate-Dielektrikum 114 kann zum Beispiel Siliciumoxid, Aluminiumoxid oder ein High-k-Dielektrikum, wie etwa Hafniumoxid, sein. Allgemeiner kann das Gate-Dielektrikum 114 Elemente beinhalten, wie etwa Hafnium, Silicium, Sauerstoff, Titan, Tantal, Lanthan, Aluminium, Zirconium, Barium, Strontium, Yttrium, Blei, Scandium, Niob und Zink. Beispiele für Materialien, die in dem Gate-Dielektrikum 114 verwendet werden können, beinhalten unter anderem Hafniumoxid, Hafniumsiliciumoxid, Lanthanoxid, Lanthanaluminiumoxid, Zirconiumoxid, Zirconiumsiliciumoxid, Tantaloxid, Titanoxid, Bariumstrontiumtitanoxid, Bariumtitanoxid, Strontiumtitanoxid, Yttriumoxid, Aluminiumoxid, Tantaloxid, Tantalsiliciumoxid, Bleiscandiumtantaloxid und Bleizinkniobat. Bei manchen Ausführungsformen kann ein Temperprozess an dem Gate-Dielektrikum 114 ausgeführt werden, um die Qualität des Gate-Dielektrikums 114 zu verbessern. Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate-Dielektrikum 114 ein hinsichtlich Isotopen gereinigtes Material beinhalten. Zum Beispiel kann das Gate-Dielektrikum 114 ein Oxid sein, das thermisch auf einem hinsichtlich Isotopen gereinigten Material aufgewachsen ist.
  • Jedes der Gates 106 kann ein Gate-Metall 110 beinhalten. Das Gate-Metall 110 kann auf dem Gate-Dielektrikum 114 angeordnet sein und das Gate-Dielektrikum 114 kann zwischen dem Gate-Metall 110 und dem Quantentopfstapel 146 angeordnet sein. Wie in 52 gezeigt, erstreckt sich bei manchen Ausführungsformen das Gate-Metall 110 eines Gates 106 über das Isolationsmaterial 128 und in einen Graben 107 in dem Isolationsmaterial 128 hinein. Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate-Metall 110 ein Supraleiter, wie etwa Aluminium, Titannitrid (z. B. über ALD abgeschieden) oder Niobtitannitrid, sein. Die Seiten des Gate-Metalls 110 können im Wesentlichen parallel sein, wie in 53 gezeigt ist, und die Gate-Wände 138 können auf den Seiten des Gate-Metalls 110 entlang der Longitudinalachse des Grabens 107 angeordnet sein. Das Gate-Metall 110 kann die Abstandshalter 134 und das Abschirmungsdielektrikum 113 angrenzender Gate-Wände 138 kontaktieren.
  • Jedes der Gates 108 kann ein Gate-Metall 112 beinhalten. Das Gate-Metall 112 kann auf dem Gate-Dielektrikum 114 angeordnet sein und das Gate-Dielektrikum 114 kann zwischen dem Gate-Metall 112 und dem Quantentopfstapel 146 angeordnet sein. Wie in 54 gezeigt, kann sich bei manchen Ausführungsformen das Gate-Metall 112 eines Gates 108 über dem Isolationsmaterial 128 und in einen Graben 107 in dem Isolationsmaterial 128 hinein erstrecken. Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate-Metall 112 ein von dem Gate-Metall 110 verschiedenes Metall sein; bei anderen Ausführungsformen können das Gate-Metall 112 und das Gate-Metall 110 die gleiche Materialzusammensetzung aufweisen. Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate-Metall 112 ein Supraleiter, wie etwa Aluminium, Titannitrid (z. B. über ALD abgeschieden) oder Niobtitannitrid, sein. Das Gate-Metall 112 kann die Abstandshalter 134 und das Abschirmungsdielektrikum 113 angrenzender Gate-Wände 138 kontaktieren.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann sich eine Hartmaske 118 über den Gates 106/108 erstrecken. Die Hartmaske 118 kann aus Siliciumnitrid, Siliciumcarbid oder einem anderen geeigneten Material gebildet sein. Bei manchen Ausführungsformen ist die Hartmaske 118 möglicherweise nicht in der Quantenpunktvorrichtung 100 vorhanden (z. B. kann eine Hartmaske, wie die Hartmaske 118, während einer Verarbeitung entfernt werden, wie unten besprochen ist).
  • Das Gate-Metall 112 des Gates 108-1 kann sich zwischen den nahen Gate-Wände 138 auf den Seiten der Gate-Metalle 110 des Gates 106-1 und des Gates 106-2 entlang der Longitudinalachse des Grabens 107 erstrecken, wie in 53 gezeigt ist. Dementsprechend kann das Gate-Metall 112 der Gates 108-1 eine Form aufweisen, die im Wesentlichen komplementär zu der Form der angrenzenden Gate-Wände 138 ist, wie gezeigt ist. Gleichermaßen kann sich das Gate-Metall 112 des Gates 108-2 zwei zwischen den nahen Gate-Wänden 138 auf den Seiten der Gate-Metalle 110 des Gates 106-2 und des Gates 106-3 entlang der Longitudinalachse des Grabens 107 erstrecken. Wie in 54 veranschaulicht, sind/ist bei manchen Ausführungsformen möglicherweise keine Abstandshalter 134 oder kein Abschirmungsdielektrikum 113 zwischen dem Gate-Metall 112 an den Seitenwänden des Grabens 107 in der y-Richtung angeordnet; bei anderen Ausführungsformen (wie z. B. oben unter Bezugnahme auf 75 und 76 besprochen) können Abstandshalter 134 und das Abschirmungsdielektrikum 113 auch zwischen dem Gate-Metall 112 und den Seitenwänden des Grabens 107 in der y-Richtung bereitgestellt sein.
  • Die Abmessungen der Gates 106/108 können beliebige geeignete Werte annehmen. Zum Beispiel kann bei manchen Ausführungsformen die z-Höhe 166 das Gate-Metalls 110 in dem Graben 107 zwischen 225 Nanometer und 375 Nanometer (z. B. näherungsweise 300 Nanometer) betragen; die z-Höhe 175 des Gate-Metalls 112 kann in demselben Bereich liegen. Diese z-Höhe 166 des Gate-Metalls 110 in dem Graben 107 kann die Summe der z-Höhe des Isolationsmaterials 128 (z. B. zwischen 200 Nanometern 300 Nanometer) und der Dicke des Gate-Metalls 110 auf dem Isolationsmaterial 128 (z. B. zwischen 25 Nanometer und 75 Nanometer oder näherungsweise 50 Nanometer) repräsentieren. Bei manchen Ausführungsformen kann die Länge 168 des Gate-Metalls 110 (d. h. in der x-Richtung) zwischen 20 Nanometer und 40 Nanometer (z. B. 30 Nanometer) betragen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Dicke 179 des Abschirmungsdielektrikums 113 zwischen 1 Nanometer und 8 Nanometer (z. B. zwischen 3 Nanometer und 8 Nanometer) betragen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Dicke 174 des Gate-Dielektrikums 114 zwischen 2 Nanometer und 20 Nanometer betragen. Obwohl alle der Gates 106 in den begleitenden Zeichnungen als die gleiche Länge 168 des Gate-Metalls 110 aufweisend veranschaulicht sind, können bei manchen Ausführungsformen die „äußersten“ Gates 106 (z. B. die Gates 106-1 und 106-3 der in 53 veranschaulichten Ausführungsform) eine größere Länge 168 als die „inneren“ Gates 106 (z. B. die Gates 106-2 bei der in 53 veranschaulichten Ausführungsform) aufweisen. Zum Beispiel können bei manchen Ausführungsformen die äußersten Gates 106 eine Länge 168 zwischen 100 Nanometer und 500 Nanometer aufweisen. Solche längeren „Außen“-Gates 106 können eine räumliche Separation zwischen den dotierten Gebieten 140 und den Bereichen unter den Gates 108 und den inneren Gates 106, in denen sich Quantenpunkte 142 ausbilden können, bereitstellen und können dementsprechend Störungen in der Landschaft der potentiellen Energie unter den Gates 108 und den inneren Gates 106 reduzieren, welche durch die dotierten Gebiete 140 verursacht werden. Bei manchen Ausführungsformen kann sich während eines Betriebs der Quantenpunktvorrichtung 100 ein 2DEG unter den äußersten Gates 106 ausbilden; dieses 2DEG kann das „aktive“ Vorrichtungsgebiet (unter den Gates 106/108) von dem dotierten Gebiet 140 (das eine größere Dichte an implantierten Ladungsträgern aufweist) separieren.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Abstand 170 zwischen angrenzenden der Gates 106 (z. B. wie von dem Gate-Metall 110 eines Gates 106 zu dem Gate-Metall 110 eines angrenzenden Gates 106 in der x-Richtung gemessen, wie in 53 veranschaulicht ist), zwischen 40 Nanometer und 100 Nanometer (z. B. 50 Nanometer) betragen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Dicke 172 der Abstandshalter 134 zwischen 1 Nanometer und 10 Nanometer (z. B. zwischen 3 Nanometer und 5 Nanometer, zwischen 4 Nanometer und 6 Nanometer oder zwischen 4 Nanometer und 7 Nanometer) betragen. Die Länge des Gate-Metalls 112 (d. h. in der x-Richtung) kann von den Abmessungen der Gates 106 und der Gate-Wände 138 abhängen, wie in 53 veranschaulicht ist. Wie in 52 und 54 angegeben, können sich die Gates 106 in einem Graben 107 über das Isolationsmaterial 128 zwischen diesem Graben 107 und einem angrenzenden Graben 107 erstrecken, aber können von ihren Gegenstück-Gates durch dazwischenliegendes Isolationsmaterial 130 und dazwischenliegende Abstandshalter 134 isoliert sein. Die Gates 108 in einem Graben 107 können sich über das Isolationsmaterial zwischen diesem Graben 107 und einem angrenzenden Graben 107 erstrecken, aber können von ihren Gegenstück-Gates durch dazwischenliegendes Isolationsmaterial 130 isoliert sein.
  • Wie in 53 gezeigt, können die Gates 106 und 108 in der x-Richtung alternierend angeordnet sein. Während eines Betriebs der Quantenpunktvorrichtung 100 können Spannungen an die Gates 106/108angelegt werden, um die potentielle Energie in dem Quantentopfstapel 146 anzupassen, um Quantentöpfe variierender Tiefen zu erzeugen, in denen sich Quantenpunkte 142 ausbilden können, wie oben unter Bezugnahme auf die Quantenpunktvorrichtung 100 aus 1-3 besprochen ist. Nur ein Quantenpunkt 142 ist in 53 zur einfachen Veranschaulichung mit einer Bezugsziffer beschriftet, aber fünf sind als gestrichelte Kreise unterhalb jedes Graben 107 angegeben.
  • Der Quantentopfstapel 146 der Quantenpunktvorrichtung 100 aus 52-54 kann gemäß beliebigen der oben besprochenen Ausführungsformen dotierte Gebiete 140 beinhalten, die als ein Reservoir von Ladungsträgern für die Quantenpunktvorrichtung 100 dienen können. Die unter Bezugnahme auf 52-54 besprochenen Quantenpunktvorrichtungen 100 können verwendet werden, um Quantenpunkte 142 vom Elektronentyp oder Lochtyp auszubilden, wie oben unter Bezugnahme auf 1-3 besprochen ist.
  • Leitfähige Vias und Leitungen können einen Kontakt mit den Gates 106/108 der Quantenpunktvorrichtung 100 aus 52-54 und den dotierten Gebieten 140 herstellen, um zu ermöglichen, dass eine elektrische Verbindung zu den Gates 106/108 und den dotierten Gebieten 140 an gewünschten Stellen hergestellt wird. Wie in 52-54 gezeigt, können sich die Gates 106 sowohl „vertikal“ als auch „horizontal“ von dem Quantentopfstapel 146 weg erstrecken und können leitfähige Vias 120 die Gates 106 kontaktieren (und sind in gestrichelten Linien in 53 gezeichnet, um ihre Position hinter der Zeichenebene anzugeben). Die leitfähigen Vias 120 können sich durch die Hartmaske 118 hindurch erstrecken, um das Gate-Metall 110 der Gates 106 zu kontaktieren. Die Gates 108 können sich gleichermaßen von dem Quantentopfstapel 146 weg erstrecken und die leitfähigen Vias 122 können die Gates 108 kontaktieren (auch mit gestrichelten Linien in 53 gezeichnet, um ihre Position hinter der Zeichenebene anzugeben). Die leitfähigen Vias 122 können sich durch die Hartmaske 118 hindurch erstrecken, um das Gate-Metall 112 der Gates 108 zu kontaktieren. Leitfähige Vias 136 können das Grenzflächenmaterial 141 kontaktieren und dadurch einen elektrischen Kontakt mit den dotierten Gebieten 140 herstellen. Die Quantenpunktvorrichtung 100 aus 52-54 kann ferner leitfähige Vias und/oder Leitungen (nicht gezeigt) beinhalten, um nach Bedarf einen elektrischen Kontakt zu den Gates 106/108 und/oder den dotierten Gebieten 140 herzustellen. Die in der Quantenpunktvorrichtung 199 enthaltenen leitfähigen Vias und Leitungen können beliebige geeignete Materialien beinhalten, wie etwa Kupfer, Wolfram (z. B. durch CVD abgeschieden), oder einen Supraleiter (z. B. Aluminium, Zinn, Titannitrid, Niobtitannitrid, Tantal, Niob oder andere Niobverbindungen, wie etwa Niobzinn und Niobgermanium).
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Quantenpunktvorrichtung 100 aus 52-54 eine oder mehrere Magnetleitungen 121 beinhalten. Zum Beispiel ist in 52-54 eine einzige Magnetleitung 121 nahe dem Graben 107-1 veranschaulicht. Die Magnetleitung(en) 121 der Quantenpunktvorrichtung aus 52-54 kann (können) die Form einer beliebigen der hier besprochenen Ausführungsformen der Magnetleitungen 121 annehmen. Zum Beispiel kann die Magnetleitung 121 aus einem leitfähigen Material gebildet sein und kann verwendet werden, um Strompulse zu leiten, die Magnetfelder erzeugen, um die Spinzustände eines oder mehrerer der Quantenpunkte 142 zu beeinflussen, die sich in dem Quantentopfstapel 146 ausbilden können. Bei manchen Ausführungsformen kann die Magnetleitung 121 einen Puls leiten, um Kern- und/oder Quantenpunktspins zurückzusetzen (oder zu „scrambeln“). Bei manchen Ausführungsformen kann die Magnetleitung 121 einen Puls leiten, um ein Elektron in einem Quantenpunkt in einem speziellen Spinzustand zu initialisieren. Bei manchen Ausführungsformen kann die Magnetleitung 121 Strom leiten, um ein kontinuierliches oszillierendes Magnetfeld bereitzustellen, an das der Spin eines Qubits koppeln kann. Die Magnetleitung 121 kann eine beliebige geeignete Kombination dieser Ausführungsformen oder eine beliebige andere angemessene Funktionalität bereitstellen.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Magnetleitung 121 aus 52-54 aus Kupfer gebildet sein. Bei manchen Ausführungsformen kann die Magnetleitung 121 aus einem Supraleiter, wie etwa Aluminium, gebildet sein. Die in 52-54 veranschaulichte Magnetleitung 121 ist nicht mit den Gräben 107 komplanar und ist auch nicht mit den Gates 106/108 komplanar. Bei manchen Ausführungsformen kann die Magnetleitung 121 von den Gates 106/108 um einen Abstand 167 beabstandet sein. Der Abstand 167 kann einen beliebigen geeigneten Wert annehmen (z. B. basierend auf der gewünschten Stärke einer Magnetfeldwechselwirkung mit speziellen Quantenpunkten 142); bei manchen Ausführungsformen kann der Abstand 167 zwischen 25 Nanometer und 1 Mikrometer (z. B. zwischen 50 Nanometer und 200 Nanometer) betragen.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Magnetleitung 121 aus 52-54 aus einem magnetischen Material gebildet sein. Zum Beispiel kann ein magnetisches Material (wie etwa Kobalt) in einem Graben in dem Isolationsmaterial 130 abgeschieden werden, um ein permanentes Magnetfeld in der Quantenpunktvorrichtung 100 bereitzustellen.
  • Die Magnetleitung 121 aus 52-54 kann beliebige geeignete Abmessungen aufweisen. Zum Beispiel kann die Magnetleitung 121 eine Dicke 169 zwischen 25 Nanometer und 100 Nanometer aufweisen. Die Magnetleitung 121 kann eine Breite 171 zwischen 25 Nanometer und 100 Nanometer aufweisen. Bei manchen Ausführungsformen können die Breite 171 und Dicke 169 einer Magnetleitung 121 gleich der Breite bzw. Dicke anderer leitfähiger Leitungen in der Quantenpunktvorrichtung 100 (nicht gezeigt) sein, die verwendet werden, um elektrische Zwischenverbindungen bereitzustellen, wie in der Technik bekannt ist. Die Magnetleitung 121 kann eine Länge 173 aufweisen, die von der Anzahl und den Abmessungen der Gates 106/108 abhängt, die Quantenpunkte 142 ausbilden sollen, mit denen die Magnetleitung 121 wechselwirken soll. Die in 52-54 veranschaulichte Magnetleitung 121 (um die in 39-41 unten veranschaulichten Magnetleitungen 121) sind im Wesentlichen linear, aber dies muss nicht der Fall sein; die hier offenbarten Magnetleitungen 121 können eine beliebige geeignete Form annehmen. Leitfähige Vias 123 können die Magnetleitung 121 kontaktieren.
  • Die leitfähigen Vias 120, 122, 136 und 123 können durch ein Isolationsmaterial 130 elektrisch voneinander isoliert sein, wobei alle von diesen eine beliebige der oben unter Bezugnahme auf 1-3 besprochenen Formen annehmen können. Die in 52-54 gezeigte spezielle Anordnung der leitfähigen Vias ist nur veranschaulichend und eine beliebige elektrische Leitungsführungsanordnung kann implementiert werden.
  • Wie oben besprochen, kann die Struktur des Grabens 107-1 die gleiche wie die Struktur des Grabens 107-2 sein; gleichermaßen kann die Konstruktion der Gates 106/108 auf dem Graben 107-1 die gleiche wie die Konstruktion der Gates 106/108 in und um Graben 107-2 sein. Die mit dem Graben 107-1 assoziierten Gates 106/108 können durch entsprechende Gates 106/108, die mit dem parallelen Graben 107-2 assoziiert sind, gespiegelt sein und das Isolationsmaterial 130 kann die Gates 106/108, die mit den unterschiedlichen Gräben 107-1 und 107-2 assoziiert sind, separieren. Insbesondere können Quantenpunkte 142, die in dem Quantentopfstapel 146 unter dem Graben 107-2 (unter den Gates 106/108) ausgebildet werden, Gegenstückquantenpunkte 142 in dem Quantentopfstapel 142 unter dem Graben 107-1 (unter den entsprechenden Gates 106/108) aufweisen. Bei manchen Ausführungsformen können die Quantenpunkte 142 unter dem Graben 107-1 als „aktive“ Quantenpunkte in dem Sinn verwendet werden, dass diese Quantenpunkte 142 als Qubits fungieren und (z. B. durch Spannungen, die an die Gates 106/108 angelegt werden, die mit dem Graben 107-1 assoziiert sind) gesteuert werden, um Quantenberechnungen durchzuführen. Die Quantenpunkte 142, die mit dem Graben 107-2 assoziiert sind, können als „Lese“-Quantenpunkte in dem Sinn verwendet werden, dass diese Quantenpunkte 142 den Quantenzustand der Quantenpunkte 142 unter dem Graben 107-1 erfassen können, indem sie das elektrische Feld detektieren, das durch die Ladung in den Quantenpunkten 142 unter dem Graben 107-1 erzeugt wird, und können den Quantenzustand der Quantenpunkte 142 unter dem Graben 107-1 in elektrische Signale umwandeln, die durch die Gates 106/108, die mit dem Graben 107-2 assoziiert sind, detektiert werden können. Jeder Quantenpunkt 142 unter dem Graben 107-1 kann durch seinen entsprechenden Quantenpunkt 142 unter dem Graben 107-2 gelesen werden. Dementsprechend ermöglicht die Quantenpunktvorrichtung 100 sowohl eine Quantenberechnung als auch die Fähigkeit, die Ergebnisse einer Quantenberechnung zu lesen.
  • Die hier offenbarten Quantenpunktvorrichtungen 100 können unter Verwendung beliebiger geeigneter Techniken hergestellt werden. Bei manchen Ausführungsformen kann die Herstellung der Quantenpunktvorrichtung 100 aus 52-54 wie oben unter Bezugnahme auf 4-5 beschrieben beginnen; jedoch kann die Herstellung anstelle des Bildens der Finnen 104 in dem Quantentopfstapel 146 der Baugruppe 202 wie in 55-74 veranschaulicht (und unten beschrieben) fortfahren. Obwohl die unten unter Bezugnahme auf 55-74 besprochenen speziellen Herstellungsvorgänge als eine Herstellung einer speziellen Ausführungsform der Quantenpunktvorrichtung 100 veranschaulicht sind, können diese Vorgänge auf das Herstellen vieler verschiedener Ausführungsformen der Quantenpunktvorrichtung 100 angewandt werden, wie hier besprochen ist. Beliebige der unter Bezugnahme auf 55-74 besprochenen Elemente können die Form einer beliebigen der Ausführungsformen jener oben besprochenen (oder hier anderweitig offenbarten) Elemente annehmen.
  • 55 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 1204 im Anschluss an das Bereitstellen einer Schicht eines Gate-Dielektrikums 114 auf dem Quantentopfstapel 146 der Baugruppe 202 (5) und einer Schicht eines Abschirmungsdielektrikums 113 auf der Schicht des Dielektrikums 114. Bei manchen Ausführungsformen kann das Gate-Dielektrikum 114 thermisch aufgewachsen werden oder es kann eine andere Technik (z. B. CVD, ALD oder PVD) verwendet werden.
  • 56 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 1206 im Anschluss an das Bereitstellen eines Isolationsmaterials 128 auf der Baugruppe 1204 ( 55). Ein beliebiges geeignetes Material kann als das Isolationsmaterial 128 verwendet werden, um die Gräben 107 elektrisch voneinander zu isolieren, wie oben besprochen ist. Wie oben angegeben, kann das Isolationsmaterial 128 bei manchen Ausführungsformen ein dielektrisches Material, wie etwa Siliciumoxid, sein.
  • 57 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 1208 im Anschluss an das Bilden der Gräben 107 in dem Isolationsmaterial 128 der Baugruppe 1206 (56). Die Gräben 107 können sich abwärts zu dem Abschirmungsdielektrikum 113 erstrecken und können in der Baugruppe 1206 durch Strukturieren und dann Ätzen der Baugruppe 1206 unter Verwendung eines beliebigen geeigneten lithografischen Prozesses gebildet werden, der in der Technik bekannt ist. Zum Beispiel kann eine Hartmaske auf dem Isolationsmaterial 128 bereitgestellt werden und kann ein Fotolack auf der Hartmaske bereitgestellt werden; der Fotolack kann strukturiert werden, um die Bereiche zu identifizieren, in denen die Gräben 107 zu bilden sind, die Hartmaske kann gemäß dem strukturierten Fotolack geätzt werden und das Isolationsmaterial 128 kann gemäß der geätzten Hartmaske geätzt werden (wonach die verbleibende Hartmaske und der verbleibende Fotolack entfernt werden können). Bei manchen Ausführungsformen kann eine Kombination aus einer Trocken- und Nassätzchemie verwendet werden, um die Gräben 107 in dem Isolationsmaterial 128 zu bilden, und die angemessene Chemie kann von den in der Baugruppe 208 enthalten Materialien abhängen, wie in der Technik bekannt ist. Obwohl die in 57 (und anderen begleitenden Zeichnungen) veranschaulichten Gräben 107 als im Wesentlichen parallele Seitenwände aufweisend gezeigt sind, können die Gräben 107 bei manchen Ausführungsformen sich verjüngend sein, wobei sie sich zu dem Quantentopfstapel 146 hin verschmälern. 58 ist eine Ansicht der Baugruppe 1208 entlang des Schnittes A-A aus 57 durch einen Graben 107 hindurch (wohingegen 57 die Baugruppe 1208 entlang des Schnittes D-D aus 58 veranschaulicht). 59-60 behalten die Perspektive aus 58 bei.
  • 59 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 1214 im Anschluss an das Abscheiden eines Dummy-Materials 111 auf dem Abschirmungsdielektrikum 113 der Baugruppe 1208 (57 und 58) und dann das Strukturieren des Dummy-Materials 111. Diese Vorgänge können gemäß einer beliebigen der oben unter Bezugnahme auf 12-13 veranschaulichten Ausführungsformen durchgeführt werden. Wie gezeigt, können das Abschirmungsdielektrikum 113 und das Gate-Dielektrikum 114 in der Baugruppe 1214 verbleiben.
  • 60 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 1216 im Anschluss an das Bereitstellen eines Abstandshaltermaterials 132 auf der Baugruppe 1214 (59). 61 ist eine Ansicht der Baugruppe 1216 entlang des Schnittes D-D aus 60 (wohingegen 60 die Baugruppe 1216 entlang des Schnittes A-A aus 61 entlang eines Grabens 107 veranschaulicht). Das Abstandshaltermaterial 132 kann zum Beispiel beliebige der oben unter Bezugnahme auf die Abstandshalter 134 besprochenen Materialien beinhalten und kann unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Technik abgeschieden werden. Zum Beispiel kann das Abstandshaltermaterial 132 ein Nitridmaterial (z. B. Siliciumnitrid) sein, das durch CVD oder ALD abgeschieden wird. Wie in 60 und 61 veranschaulicht, kann das Abstandshaltermaterial 132 konform auf der Baugruppe 1214 abgeschieden werden.
  • 62 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 1218 im Anschluss an das Bereitstellen einer Deckschicht 133 auf der Baugruppe 1216 (60 und 61). 63 ist eine Ansicht der Baugruppe 1218 entlang des Schnittes D-D aus 62 (wohingegen 62 die Baugruppe 1218 entlang des Schnittes A-A aus 63 entlang eines Grabens 107 veranschaulicht). Das Deckmaterial 133 kann ein beliebiges geeignetes Material sein; zum Beispiel kann das Deckmaterial 133 Siliciumoxid sein, das durch CVD oder ALD abgeschieden wird. Wie in 62 und 63 veranschaulicht, kann das Deckmaterial 33 konform auf der Baugruppe 1216 abgeschieden werden.
  • 64 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 1220 im Anschluss an das Bereitstellen eines Opfermaterials 135 auf der Baugruppe 1218 (62 und 63). 65 ist eine Ansicht der Baugruppe 1220 entlang des Schnittes D-D aus 64 (wohingegen 64 die Baugruppe 1220 entlang des Schnittes A-A aus 65 durch einen Graben 107 hindurch veranschaulicht). Das Opfermaterial 135 kann auf der Baugruppe 1218 abgeschieden werden, um das Deckmaterial 133 vollständig zu bedecken, dann kann das Opfermaterial 135 vertieft werden, um Teile 137 des Deckmaterials 133 freizulegen. Insbesondere werden die Teile 137 des Deckmaterials 133, die nahe der Oberseite der Teile des Dummy-Materials 111 angeordnet sind, möglicherweise nicht durch das Opfermaterial 135 bedeckt. Wie in 65 veranschaulicht, kann das gesamte Deckmaterial 133, das in dem Gebiet zwischen angrenzenden Teilen des Dummy-Materials 111 angeordnet ist, durch das Opfermaterial 135 bedeckt sein. Das Vertiefen des Opfermaterials 135 kann durch eine Ätztechnik, wie etwa eine Trockenätzung, erzielt werden. Das Opfermaterial 135 kann ein beliebiges geeignetes Material sein, wie etwa eine Unterseitenantireflexionsbeschichtung (BARC: Bottom Anti-Reflective Coating).
  • 66 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 1222 im Anschluss an das Behandeln der freiliegenden Teile 137 des Deckmaterials 133 der Baugruppe 1220 (64 und 65), um die Ätzcharakteristiken der freiliegenden Teile 137 relativ zu dem Rest des Deckmaterial 133 zu ändern. 67 ist eine Ansicht der Baugruppe 1222 entlang des Schnittes D-D aus 66 (wohingegen 66 die Baugruppe 1222 entlang des Schnittes A-A aus 67 durch einen Graben 107 hindurch veranschaulicht). Bei manchen Ausführungsformen kann diese Behandlung Durchführen einer Ionenimplantation mit hoher Dosis beinhalten, bei der die Implantationsdosis hoch genug ist, um eine Zusammensetzungsänderung in den Teilen 137 zu bewirken und eine gewünschte Änderung der als Charakteristiken zu erreichen.
  • 68 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 1224 im Anschluss an das Entfernen des Opfermaterials 135 und des nicht freiliegenden Deckmaterials 133 der Baugruppe 1222 (66 und 67). 69 ist eine Ansicht der Baugruppe 1224 entlang des Schnittes D-D aus 68 (wohingegen 68 die Baugruppe 1224 entlang des Schnittes A-A aus 69 durch einen Graben 107 hindurch veranschaulicht). Das Opfermaterial 135 kann unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Technik (z. B. durch Veraschen, folgt von einem Reinigungsschritt) entfernt werden und das nicht behandelte Deckmaterial 133 kann unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Technik (z. B. durch Ätzen) entfernt werden. Bei Ausführungsformen, bei denen des Deckmaterial 133 durch Ionenimplantation behandelt wird (z. B. wie oben unter Bezugnahme auf 66 und 67 besprochen), kann ein Hochtemperaturtempern durchgeführt werden, um die implantierten Ionen in den Teilen 137 des Deckmaterials 133 einzubinden, bevor das nicht behandelte Deckmaterial 133 entfernt wird. Das verbleibende behandelte Deckmaterial 133 der Baugruppe 1224 kann Deckstrukturen 145 bereitstellen, die nahe den „Oberseiten“ der Teile des Dummy-Materials 111 angeordnet sind und sich über dem Abstandshaltermaterial 132 erstrecken, das auf den „Seiten“ der Teile des Dummy-Materials 111 angeordnet ist.
  • 70 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 1226 im Anschluss an das gerichtete Ätzen des Abstandshaltermaterials 132 der Baugruppe 1224 ( 68 und 69), das nicht durch eine Deckstruktur 145 geschützt ist, wobei das Abstandshaltermaterial 132 auf den Seiten und der Oberseite der Teile des Dummy-Materials 111 belassen wird. 71 ist eine Ansicht der Baugruppe 1226 entlang des Schnittes D-D aus 70 (wohingegen 70 die Baugruppe 1226 entlang des Schnittes A-A aus 71 durch einen Graben 107 hindurch veranschaulicht). Das Ätzen des Abstandshaltermaterials 132 kann eine anisotrope Ätzung sein, wobei das Abstandshaltermaterial 132 „abwärts“ geätzt wird, um das Abstandshaltermaterial 132 in dem Teil des Bereichs zwischen den Teilen des Dummy-Materials 111 zu entfernen (wie in 70 und 71 veranschaulicht ist), während das Abstandshaltermaterial 132 auf den Seiten und Oberseiten der Teile des Dummy-Materials 111 belassen wird. Bei manchen Ausführungsformen kann die anisotrope Ätzung eine Trockenätzung sein. 72-74 behalten die Querschnittsperspektive aus 70 bei.
  • 72 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 1228 im Anschluss an das Entfernen der Deckstrukturen 145 von der Baugruppe 1226 (70 und 71). Die Deckstrukturen 145 können unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Technik (z. B. einer Nassätzung) entfernt werden. Das Abstandshaltermaterial 132, das in der Baugruppe 1228 verbleibt, kann Abstandshalter 134, die auf den Seiten der Teile des Dummy-Materials 111 angeordnet sind, und Teile 139, die auf der Oberseite der Teile des Dummy-Materials 111 angeordnet sind, beinhalten.
  • 73 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 1230 im Anschluss an das Bereitstellen eines Dummy-Materials 109 auf der Baugruppe 1228 (72). Das Dummy-Material 109 kann die Bereiche zwischen angrenzenden der Teile des Dummy-Materials 111 füllen und kann sich über den Oberseiten des Dummy-Materials 111 und über den Abstandshaltermaterialteilen 139 erstrecken. Das Dummy-Material 109 der Baugruppe 1230 kann die Gräben 107 füllen und sich über dem Isolationsmaterial 128 erstrecken.
  • 74 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 1232 im Anschluss an das Planarisieren der Baugruppe 1230 (73), um das Dummy-Material 109 oberhalb des Dummy-Materials 111 zu entfernen sowie um die Abstandshaltermaterialteile 139 zu entfernen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Baugruppe 1230 unter Verwendung einer CMP-Technik planarisiert werden. Die Baugruppe 1232 kann ferner im Wesentlichen wie oben unter Bezugnahme auf 17-38 verarbeitet werden, um die Quantenpunktvorrichtung 100 aus 52-54 zu bilden.
  • Bei manchen Ausführungsformen der in 52-54 veranschaulichten Quantenpunktvorrichtung 100 ist die Magnetleitung 121 parallel zu den Longitudinalachsen der Gräben 107 orientiert. Bei anderen Ausführungsformen ist die Magnetleitung 121 der Quantenpunktvorrichtung 100 aus 52-54 möglicherweise nicht parallel zu den Longitudinalachsen der Gräben 107 orientiert; zum Beispiel können beliebige der oben unter Bezugnahme auf 39-41 besprochenen Magnetleitungsanordnungen verwendet werden.
  • Obwohl eine einzige Magnetleitung 121 in 52-54 veranschaulicht ist, können mehrere Magnetleitungen 121 bei dieser Ausführungsform der Quantenpunktvorrichtung 100 enthalten sein (z. B. mehrere Magnetleitungen 121 parallel zu den Longitudinalachsen der Gräben 107). Zum Beispiel kann die Quantenpunktvorrichtung 100 aus 52-54 eine zweite Magnetleitung 121 nahe dem Graben 107-2 auf eine zu der Magnetleitung 121, die nahe dem Graben 107-1 veranschaulicht ist, symmetrische Weise beinhalten. Bei manchen Ausführungsformen können mehrere Magnetleitungen 121 in einer Quantenpunktvorrichtung 100 enthalten sein und können diese Magnetleitungen 121 parallel zueinander sein oder nicht. Zum Beispiel kann bei manchen Ausführungsformen eine Quantenpunktvorrichtung 100 zwei (oder mehr) Magnetleitungen 121 beinhalten, die senkrecht zueinander orientiert sind.
  • Wie oben besprochen, gibt es bei der in 52-54 (und 55-74) veranschaulichten Ausführungsform möglicherweise kein Abstandshaltermaterial oder Abschirmungsdielektrikum 113 zwischen dem Gate-Metall 112 und den nahen Seitenwänden des Grabens 107 in der y-Richtung. Bei anderen Ausführungsformen können Gate-Wände 138 (einschließlich der Abstandshalter 134 und des Abschirmungsdielektrikums 113) auch zwischen dem Gate-Metall 112 und den Seitenwänden des Grabens 107 in der y-Richtung angeordnet sein. Eine Querschnittsansicht einer solchen Ausführungsform ist in 75 gezeigt (analog zu der Querschnittsansicht aus 54). Um eine solche Quantenpunktvorrichtung 100 herzustellen, werden die oben unter Bezugnahme auf 62-71 besprochenen Vorgänge möglicherweise nicht durchgeführt; stattdessen können das Abstandshaltermaterial 132 und das Abschirmungsdielektrikum 113 der Baugruppe 1216 aus 60 und 61 anisotrop geätzt werden (wie unter Bezugnahme auf 70 und 71 besprochen ist), um die Gate-Wände 138 auf den Seiten des Gate-Metalls 110 und auf den Seitenwänden des Grabens 106 zu bilden. 76 ist eine Querschnittsansicht einer Baugruppe 1256, die durch einen solchen Prozess gebildet werden kann (die die Stelle der Baugruppe 1226 aus 71 annimmt); die Ansicht entlang des Schnittes A-A der Baugruppe 1256 kann 72 ähnlich sein, aber beinhaltet möglicherweise nicht die Abstandshaltermaterialteile 139. Die Baugruppe 1256 kann ferner wie oben besprochen verarbeitet werden, um eine Quantenpunktvorrichtung 100 zu bilden.
  • Viele der hier besprochenen Ausführungsformen enthalten ein Abschirmungsdielektrikum 113. Bei anderen Ausführungsformen ist möglicherweise kein Abschirmungsdielektrikum 113 in einer Quantenpunktvorrichtung 100 enthalten und können die Gate-Wände 138 durch die Abstandshalter 134 bereitgestellt sein. Bei manchen Ausführungsformen, bei denen ein Abschirmungsdielektrikum 113 nicht vorhanden ist, kann ein stark selektiver Ätzprozess verwendet werden, um die Dummy-Materialien 109 und 111 zu entfernen, sodass das darunterliegende Gate-Dielektrikum 114 nicht beeinträchtigt wird oder minimal beeinträchtigt wird. Bei manchen Ausführungsformen kann ein solcher Ätzprozess in der Bildung einer flachen Vertiefung in der Schicht des Gate-Dielektrikums 114 resultieren, die den Stellen entspricht, bei denen ein Dummy-Material 109/111 weggeätzt wurde. 77 ist eine Seitenquerschnittsansicht eines Gates 106 einer Quantenpunktvorrichtung 100 (welche Finnen 104 oder Gräben 107 gemäß einer beliebigen der hier offenbarten Ausführungsformen beinhalten kann), die eine solche Vertiefung 176 in der Schicht des Gate-Dielektrikums 114 aufweist. Das Gate-Metall 110 kann sich in die Vertiefung 176 hinein erstrecken, wie gezeigt ist. Das Gate-Metall 112 eines Gates 108 kann sich gleichermaßen in eine Vertiefung hinein erstrecken. Bei manchen Ausführungsformen kann die Tiefe 177 der Vertiefung 176 zwischen 5 Angström und 3 Nanometer betragen.
  • Bei noch anderen Ausführungsformen kann ein Abschirmungsdielektrikum 113 in einer Quantenpunktvorrichtung 100 vorhanden sein (z. B. gemäß einer beliebigen der hier offenbarten Ausführungsformen) und kann das darunterliegende Gate-Dielektrikum 114 auch Vertiefungen 176 beinhalten, die den Stellen des Gate-Metalls 110/112 entsprechen. Diese Vertiefungen 176 können zum Beispiel während des Ätzens des Abschirmungsdielektrikums 113 gebildet werden.
  • Wie oben angemerkt, kann eine Quantenpunktvorrichtung 100 mehrere Gräben 107 beinhalten, die in einem Array einer beliebigen gewünschten Größe angeordnet sind. Zum Beispiel ist 78 eine obere Querschnittsansicht, wie die Ansicht aus 3, einer Quantenpunktvorrichtung 100 mit mehreren Gräben 106, die in einem zweidimensionalen Array angeordnet sind. Magnetleitungen 121 sind in 78 nicht dargestellt, obwohl sie bei beliebigen gewünschten Ausführungsformen enthalten sein können. Bei dem speziellen in 78 veranschaulichten Beispiel können die Gräben 107 in Paaren angeordnet sein, wobei jedes Paar einen „aktiven“ Graben 107 und einen „Lese“-Graben 107 beinhaltet, wie oben besprochen ist. Die spezielle Anzahl und Anordnung der Gräben 107 in 78 ist nur veranschaulichend und es kann eine beliebige gewünschte Anordnung verwendet werden. Gleichermaßen kann eine Quantenpunktvorrichtung 100 mehrere Sätze von Finnen 104 (und begleitende Gates, wie oben unter Bezugnahme auf 1-3 besprochen ist) beinhalten, die in einem zweidimensionalen Array angeordnet sind.
  • Wie oben angegeben, kann in einziger Graben 107 mehrere Gruppen von Gates 106/108 beinhalten, die entlang des Grabens durch ein dotiertes Gebiet 140 beabstandet sind. 79 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels für eine solche Quantenpunktvorrichtung 100 mit mehreren Gruppen von Gates 180, die wenigstens teilweise in einem einzigen Graben 107 oberhalb eines Quantentopfstapels 146 angeordnet sind, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Jede der Gruppen 180 kann Gates 106/108 beinhalten (in 79 zur einfacheren Veranschaulichung nicht beschriftet), die die Form beliebiger der hier besprochenen Ausführungsformen der Gates 106/108 annehmen können. Ein dotiertes Gebiet 140 (und sein Grenzflächenmaterial 141) kann zwischen zwei angrenzenden Gruppen 180 (in 79 als Gruppen 180-1 und 180-2 beschriftet) angeordnet sein und kann ein gemeinsames Reservoir für beide Gruppen 180 bereitstellen. Bei manchen Ausführungsformen kann dieses „gemeinsame“ dotierte Gebiet 140 elektrisch durch einen einzigen leitfähigen Via 136 kontaktiert sein. Die in 79 veranschaulichte spezielle Anzahl an Gates 106/108 und die spezielle Anzahl an Gruppen 108 ist nur veranschaulichend und ein Graben 107 kann eine beliebige Anzahl an Gates 106/108 beinhalten, die in einer beliebigen geeigneten Anzahl an Gruppen angeordnet sind. Die Quantenpunktvorrichtung 100 aus 79 kann auch eine oder mehrere Magnetleitungen 121 beinhalten, die wie gewünscht angeordnet sind. Gleichermaßen kann eine einzige Finne 104 bei Ausführungsformen der Quantenpunktvorrichtung 100, die Finnen beinhalten, mehrere Gruppen von Gates 106/108 beinhalten, die entlang der Finne beabstandet sind.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Quantenpunktvorrichtung 100 in einem Die enthalten sein und mit einem Gehäusesubstrat gekoppelt sein, um ein Quantenpunktvorrichtungsgehäuse zu bilden. Zum Beispiel ist 80 eine Seitenquerschnittsansicht eines Die 302, der die Quantenpunktvorrichtung 100 aus 53 und darauf angeordnete Leitfähiger-Pfad-Schichten 303 beinhaltet, wohingegen 81 eine Seitenquerschnittsansicht eines Quantenpunktvorrichtungsgehäuses 300 ist, bei dem der Die 302 und ein anderer Die 350 mit einem Gehäusesubstrat 304 gekoppelt sind (z. B. in einer System-auf-Chip(SoC: System on a Chip)-Anordnung). Einzelheiten der Quantenpunktvorrichtung 100 sind aus 81 zur besseren Veranschaulichung weggelassen. Wie oben angegeben, kann die in 80 und 81 veranschaulichte spezielle Quantenpunktvorrichtung 100 eine Form ähnlich den in 2 und 53 veranschaulichten Ausführungsformen annehmen, aber beliebige der hier offenbarten Quantenpunktvorrichtungen 100 können in einem Die (z. B. dem Die 302) enthalten sein und mit einem Gehäusesubstrat (z. B. dem Gehäusesubstrat 304) gekoppelt sein. Insbesondere kann eine beliebige Anzahl an Finnen 104 oder Gräben 107, Gates 106/108, dotierten Gebieten 140, Magnetleitungen 121 und anderen hier unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen der Quantenpunktvorrichtung 100 besprochenen Komponenten in dem Die 302 enthalten sein.
  • Der Die 302 kann eine erste Fläche 320 und einen gegenüberliegende zweite Fläche 322 beinhalten. Die Basis 102 kann nahe der zweiten Fläche 322 sein und leitfähige Pfade 315 von verschiedenen Komponenten der Quantenpunktvorrichtung 100 können sich zu leitfähigen Kontakten 365 erstrecken, die bei der ersten Fläche 320 angeordnet sind. Die leitfähigen Pfade 315 können leitfähige Vias, leitfähige Leitungen und/oder eine beliebige Kombination aus leitfähigen Vias und Leitungen beinhalten. Zum Beispiel veranschaulicht 80 eine Ausführungsform, bei der ein leitfähiger Pfad 315 (der sich zwischen einer Magnetleitung 121 und einem assoziierten leitfähigen Kontakt 365 erstreckt) einen leitfähigen Via 123, eine leitfähige Leitung 393, einen leitfähigen Via 398 und eine leitfähige Leitung 396 beinhalten. Mehr oder weniger Strukturen können in dem leitfähigen Pfad 315 enthalten sein und vergleichbare leitfähige Pfade 315 können zwischen einzelnen der leitfähigen Kontakte 365 und den Gates 106/108, dotierten Gebieten 140 oder anderen Komponenten der Quantenpunktvorrichtung 100 bereitgestellt sein. Bei manchen Ausführungsformen können sich leitfähige Leitungen des Die 302 (und des unten besprochenen Gehäusesubstrats 304) in die Zeichenebene hinein und aus dieser heraus erstrecken, wodurch leitfähige Pfade bereitgestellt werden, um elektrische Signale zu und/oder von verschiedenen Elementen in dem Die 302 zu führen.
  • Die leitfähigen Vias und/oder Leitungen, die die leitfähigen Pfade 315 in dem Die 302 bereitstellen, können unter Verwendung beliebiger geeigneter Techniken gebildet werden. Beispiele für solche Techniken können subtraktive Fertigungstechniken, additive oder semiadditive Fertigungstechniken, Single-Damascene-Fertigungstechniken, Dual-Damascene-Fertigungstechniken oder beliebige andere geeignete Techniken beinhalten. Bei manchen Ausführungsformen können Schichten aus Oxidmaterial 390 und Schichten aus Nitridmaterial 391 verschiedene Strukturen in den leitfähigen Pfaden 315 von nahen Strukturen isolieren und/oder können als Ätzstopps während der Fertigung dienen. Bei manchen Ausführungsformen kann eine (nicht gezeigte) Haftschicht zwischen leitfähigem Material und nahem Isolationsmaterial des Die 302 angeordnet sein, um eine mechanische Haftung zwischen dem leitfähigen Material und dem Isolationsmaterial zu verbessern.
  • Die Gates 106/108, die dotierten Gebiete 140 und der Quantentopfstapel 146 (sowie die nahen leitfähigen Vias/Leitungen) können als Teil der „Vorrichtungsschicht“ der Quantenpunktvorrichtung 100 bezeichnet werden. Die leitfähigen Leitungen 393 können als ein Metall 1 oder „M1“-Zwischenverbindungsschicht bezeichnet werden und können die Strukturen in der Vorrichtungsschicht mit anderen Zwischenverbindungsstrukturen koppeln. Die leitfähigen Vias 398 und die leitfähigen Leitungen 396 können als ein Metall 2 oder „M2“-Zwischenverbindungsschicht bezeichnet werden und können direkt auf der M1-Zwischenverbindungsschicht gebildet werden.
  • Ein Lötstoppmaterial 367 kann um die leitfähigen Kontakte 365 herum angeordnet sein und kann sich bei manchen Ausführungsformen auf die leitfähigen Kontakte 365 erstrecken. Das Lötstoppmaterial 367 kann ein Polyimid oder ein ähnliches Material sein oder kann ein beliebiger geeigneter Typ eines Kapselungslötstopplackmaterials sein. Bei manchen Ausführungsformen kann das Lötstopplackmaterial 367 ein Flüssig- oder Trockenfilmmaterial sein, das fotostrukturierbare Polymere beinhaltet. Bei manchen Ausführungsformen kann das Lötstopplackmaterial 367 nicht fotostrukturierbar sein (und Öffnungen darin können unter Verwendung von Laserbohren oder maskierten Ätztechniken gebildet werden)- Die leitfähigen Kontakte 365 können die Kontakte zum Koppeln anderer Komponenten (z. B. eines Gehäusesubstrats 304, wie oben besprochen, oder einer anderen Komponente) mit den leitfähigen Pfaden 315 in der Quantenpunktvorrichtung 100 bereitstellen und können aus einem beliebigen geeigneten leitfähigen Material (z. B. einem supraleitenden Material) gebildet sein. Zum Beispiel können Lötbondungen auf dem einen oder den mehreren leitfähigen Kontakten 365 gebildet werden, um den Die 302 mechanisch und/oder elektrisch mit einer anderen Komponente (z. B. einer Leiterplatte) zu koppeln, wie unten besprochen ist. Die in 80 veranschaulichten leitfähigen Kontakte 365 nehmen die Form von Bondpads an, aber andere Zwischenverbindungsstrukturen erster Ebene können verwendet werden (z. B. Säulen), um elektrische Signale zu/von dem Die 302 zu führen, wie unten besprochen ist.
  • Die Kombination der leitfähigen Pfade und des nahen Isolationsmaterials (z. B. des Isolationsmaterials 130, des Oxidmaterials 390 und des Nitridmaterials 391) in dem Die 302 kann einen Zwischenschichtdielektrikum(ILD)-Stapel des Die 302 bereitstellen. Wie oben angemerkt, können Zwischenverbindungsstrukturen innerhalb der Quantenpunktvorrichtung 100 angeordnet sein, um elektrische Signale gemäß einer breiten Vielfalt an Gestaltungen zu führen (insbesondere ist die Anordnung nicht auf die spezielle Konfiguration von Zwischenverbindungsstrukturen, die in 80 oder einer beliebigen der anderen begleitenden Strukturen dargestellt ist, beschränkt und kann mehr oder weniger Zwischenverbindungsstrukturen beinhalten). Während eines Betriebs der Quantenpunktvorrichtung 100 können elektrische Signale (wie etwa Leistungs- und/oder Eingabe/Ausgabe(E/A)-Signale) zu und/oder von den Gates 106/108, der (den) Magnetleitung(en) 121 und/oder den dotierten Gebieten 140 (und/oder anderen Komponenten) der Quantenpunktvorrichtung 100 durch Zwischenverbindungen, die durch leitfähige Vias und/oder Leitungen bereitgestellt sind, und durch die leitfähigen Pfade des Gehäusesubstrats 304 (unten besprochen) geführt werden.
  • Beispielhafte supraleitenden Materialien, die für die Strukturen in den leitfähigen Pfaden 313, 317, 319 (unten besprochen) und 315 und/oder leitfähigen Kontakte des Die 302 und/oder dem Gehäusesubstrat 304 verwendet werden können, können Aluminium, Niob, Zinn, Titan, Osmium, Zink, Molybdän, Tantal, Vanadium oder Verbindungen solcher Materialien (z. B. Niobtitan, Niobaluminium oder Niobzinn) beinhalten. Bei manchen Ausführungsformen können die leitfähigen Kontakte 365, 379 und/oder 399 Aluminium beinhalten und können die Zwischenverbindungen 306 erster Ebene und/oder die Zwischenverbindungen 308 zweiter Ebene ein indiumbasiertes Lot beinhalten.
  • Wie oben angegeben, kann das Quantenpunktvorrichtungsgehäuse 300 aus 81 einen Die 302 (einschließlich einer oder mehrerer Quantenpunktvorrichtungen 100) und einen Die 350 beinhalten. Wie unten ausführlich besprochen, kann das Quantenpunktvorrichtungsgehäuse 300 elektrische Pfade zwischen dem Die 302 und dem Die 350 beinhalten, sodass die Dies 302 und 350 während eines Betriebs kommunizieren können. Bei manchen Ausführungsformen kann der Die 350 eine nichtquantenbasierte Logikvorrichtung sein, die eine Unterstützung oder Steuerfunktionalität für die Quantenpunktvorrichtung(en) 100 des Die 302 bereitstellen kann. Zum Beispiel kann, wie unten weiter besprochen, der Die 350 bei manchen Ausführungsformen eine Schaltmatrix zum Steuern des Schreibens und Lesens von Daten aus dem Die 302 (z. B. unter Verwendung einer beliebigen bekannten Wortleitung/Bitleitung- oder einer anderen Adressierungsarchitektur) beinhalten. Bei manchen Ausführungsformen kann der Die 350 die Spannungen (z. B. Mikrowellenpulse) steuern, die an die Gates 106/108 und/oder die dotierten Gebiete 140 der Quantenpunktvorrichtung(en) 100 angelegt werden, die in dem Die 302 enthalten ist (sind). Bei manchen Ausführungsformen kann der Die 350 eine Magnetleitungssteuerlogik beinhalten, um Mikrowellenpulse an die Magnetleitung(en) 121 der Quantenpunktvorrichtung(en) 100 in dem Die 302 zu liefern. Der Die 350 kann eine beliebige gewünschte Steuerschaltungsanordnung beinhalten, um einen Betrieb des Die 302 zu unterstützen. Durch Aufnahme dieser Steuerschaltungsanordnung in einem separaten Die kann die Herstellung des Die 302 vereinfacht und auf die Anforderungen der Quantenberechnungen fokussiert werden, die durch die Quantenpunktvorrichtung(en) 100 durchgeführt werden, und können herkömmliche Herstellungs- und Gestaltungsprozesse für die Steuerlogik (z. B. eine Schaltarraylogik) verwendet werden, um den Die 350 zu bilden.
  • Obwohl ein einziger „Die 350“ in 81 veranschaulicht und hier besprochen ist, kann die durch den Die 350 bereitgestellte Funktionalität bei manchen Ausführungsformen über mehrere Dies 350 verteilt sein (z. B. mehrere Dies, die mit dem Gehäusesubstrat 304 gekoppelt sind oder anderweitig eine gemeinsame Stütze mit dem Die 302 teilen). Gleichermaßen können ein oder mehrere Dies, der/die die Funktionalität des Die 350 bereitstellt/bereitstellen, einen oder mehrere Dies unterstützen, der/die die Funktionalität des Die 302 bereitstellt/bereitstellen; zum Beispiel kann das Quantenpunktvorrichtungsgehäuse 300 mehrere Dies mit einer oder mehreren Quantenpunktvorrichtungen 100 beinhalten und kann ein Die 350 mit einem oder mehreren solcher „Quantenpunktvorrichtung-Dies“ kommunizieren.
  • Der Die 350 kann beliebige der unten unter Bezugnahme auf die nichtquantenbasierte Verarbeitungsvorrichtung 2028 aus 85 besprochenen Formen annehmen. Mechanismen, durch die die Steuerlogik des Die 350 einen Betrieb des Die 302 steuern kann, können die Form einer reinen Hardwareausführungsform oder einer Ausführungsform, die Software- und Hardwareaspekte kombiniert, annehmen. Zum Beispiel kann der Die 350 einen Algorithmus implementieren, der durch eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten, z. B. einen oder mehrere Mikroprozessoren, ausgeführt wird. Bei verschiedenen Ausführungsformen können Aspekte der vorliegenden Offenbarung die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, das in einem oder mehreren computerlesbaren, bevorzugt nichtflüchtigen, Medien ausgeführt ist, das/die einen computerlesbaren Programmcode aufweist/aufweisen, der in dem Die 350 ausgeführt (z. B. gespeichert) oder mit diesen gekoppelt ist. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann ein solches Computerprogramm zum Beispiel auf den Die 350 (oder einen zugehörigen Speicher) heruntergeladen (aktualisiert) werden oder kann beim Herstellen des Die 350 gespeichert werden. Bei manchen Ausführungsformen kann der Die 350 wenigstens einen Prozessor und wenigstens ein Speicherelement zusammen mit beliebiger anderer geeigneter Hardware und/oder Software beinhalten, um seine beabsichtigte Funktionalität des Steuerns des Betriebs des Die 302, wie hier beschrieben, zu ermöglichen. Ein Prozessor des Die 350 kann Software oder einen Algorithmus ausführen, um die hier beschriebenen Aktivitäten durchzuführen. Ein Prozessor des Die 350 kann über eine (n) oder mehrere Zwischenverbindungen oder Busse (z. B. durch einen oder mehrere leitfähige Pfade 319) kommunikativ mit anderen Systemelementen gekoppelt sein. Ein solcher Prozessor kann eine beliebige Kombination aus Hardware, Software oder Firmware beinhalten, die eine programmierbare Logik bereitstellt, einschließlich, als ein nichtbeschränkendes Beispiel, eines Mikroprozessors, eines digitalen Signalprozessors (DSP), eines vor Ort programmierbaren Gate-Arrays (FPGA), eines programmierbaren Logikarrays (PLA), eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC) oder eines Virtuelle-Maschine-Prozessors. Der Prozessor des Die 350 kann kommunikativ mit dem Speicherelement des Die 350 gekoppelt sein, zum Beispiel in einer Direktspeicherzugriff(DMA)-Konfiguration. Ein Speicherelement des Die 350 kann eine beliebige geeignete flüchtige oder nichtflüchtige Speichertechnologie beinhalten, einschließlich Double-Data-Rate(DDR)-Direktzugriffsspeicher (RAM), Synchron-RAM (SRAM), Dynamic-RAM (DRAM), Flash, Nurlesespeicher (ROM), optischer Medien, virtueller Speichergebiete, magnetischen oder Bandspeichers oder einer beliebigen anderen geeigneten Technologie. Bei manchen Ausführungsformen können das Speicherelement und der Prozessor des „Die 350“ selbst durch separate physische Dies bereitgestellt werden, die sich in elektrischer Kommunikation befinden. Die Informationen, die verfolgt oder an den Die 350 gesendet werden, könnten in einer/einem beliebigen Datenbank, Register, Steuerliste, Cache oder Speicherungsstruktur bereitgestellt werden, die alle in einem beliebigen geeigneten Zeitrahmen referenziert werden können. Der Die 350 kann ferner geeignete Schnittstellen zum Empfangen, Übertragen und/oder anderweitigen Kommunizieren von Daten oder Informationen in einer Netzumgebung (z. B. über die leitfähigen Pfade 319) beinhalten.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Die 350 dazu konfiguriert sein, angemessene Spannungen an beliebige der Gates 106/108 anzulegen (die als z. B. Plunger-Gates, Barriere-Gates und/oder Akkumulation-Gates fungieren), um die Quantenpunkte 142 zu initialisieren und zu manipulieren, wie oben besprochen ist. Zum Beispiel kann der Die 350 durch Steuern der Spannung, die an ein Gate 106/108 angelegt wird, das als ein Plunger-Gate fungiert, das elektrische Feld unterhalb dieses Gates modulieren, um ein Energietal zwischen den Tunnelbarrieren zu erzeugen, die durch angrenzende Barriere-Gates erzeugt werden. Beim einem anderen Beispiel kann der Die 350 durch Steuern der Spannung, die an ein Gate 106/108 angelegt wird, das als ein Barriere-Gate fungiert, die Höhe der Tunnelbarriere ändern. Wenn ein Barriere-Gate verwendet wird, um einen Tunnelbarriere zwischen zwei Plunger-Gates festzulegen, kann das Barriere-Gate verwendet werden, um Ladungsträger zwischen Quantenpunkten 142 zu transferieren, die unter diesem Plunger-Gates gebildet werden können. Wenn ein Barriere-Gate verwendet wird, um eine Tunnelbarriere zwischen einem Plunger-Gate und einem Akkumulation-Gate festzulegen, kann das Barriere-Gate verwendet werden, um Ladungsträger über das Akkumulation-Gate in das Quantenpunktarray hinein und aus diesem heraus zu transferieren. Der Ausdruck „Akkumulation-Gate“ kann auf ein Gate verweisen, das verwendet wird, um ein 2DEG in einem Bereich zu bilden, der sich zwischen dem Bereich, wo die Quantenpunkte 142 ausgebildet werden können, und einem Ladungsreservoir (z. B. dem dotierten Gebieten 140) befindet. Ändern der Spannung, die an das Akkumulation-Gate angelegt wird, kann ermöglichen, dass der Die 350 die Anzahl an Ladungsträgern in dem Bereich unter dem Akkumulation-Gate steuert. Zum Beispiel kann das Ändern der Spannung, die an das Akkumulation-Gate angelegt wird, die einzelnen Ladungsträger in dem Bereich unter dem Gate reduzieren, sodass einzelne Ladungsträger aus dem Reservoir in die Quantentopfschicht 152 transferiert werden können und umgekehrt. Bei manchen Ausführungsformen können die „äußersten“ Gates 106 einer Quantenpunktvorrichtung 100 als Akkumulation-Gates dienen. Bei manchen Ausführungsformen können diese äußersten Gates 106 eine größere Länge 168 als „innere“ Gates 106 aufweisen.
  • Wie oben angegeben, kann der Die 350 elektrische Signale bereitstellen, um Spins von Ladungsträgern in Quantenpunkten 142 der Quantenpunktvorrichtung(en) 100 des Die 302 zu steuern, indem ein Magnetfeld gesteuert wird, das durch eine oder mehrere Magnetleitungen 121 erzeugt wird. Auf diese Weise kann der Die 350 Spins der Ladungsträger in den Quantenpunkten 142 initialisieren und manipulieren, um Qubit-Operationen zu implementieren. Falls das Magnetfeld für einen Die 302 durch eine Mikrowellenübertragungsleitung erzeugt wird, dann kann der Die 350 die Spins der Ladungsträger festlegen/manipulieren, indem angemessene Pulssequenzen angelegt werden, um eine Spinpräzession zu manipulieren. Alternativ dazu kann das Magnetfeld für eine Quantenpunktvorrichtung 100 des Die 302 durch einen Magneten mit einem oder mehreren gepulsten Gates erzeugt werden; der Die 350 kann die Pulse an diese Gates anlegen.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Die 350 dazu konfiguriert sein, die Werte der Steuersignale zu bestimmen, die an die Elemente des Die 302 angelegt werden (z. B. Spannungen zu bestimmen, die an die verschiedenen Gates 106/108 angelegt werden), um gewünschte Quantenoperationen zu erreichen (durch das Gehäusesubstrat 394 über die leitfähigen Pfade 319 an den Die 350 kommuniziert). Bei anderen Ausführungsformen kann der Die 350 mit wenigstens manchen der Steuerparameter (z. B. mit den Werten für die Spannungen, die an die verschiedenen Gates 106/108 anzulegen sind) während der Initialisierung des Die 350 vorprogrammiert werden.
  • Bei dem Quantenpunktvorrichtungsgehäuse 300 (81) können Zwischenverbindungen 306 erster Ebene zwischen der ersten Fläche 320 des Die 302 und der zweiten Fläche 326 eines Gehäusesubstrat 304 angeordnet sein. Dass Zwischenverbindungen 306 erster Ebene zwischen der ersten Fläche 320 des Die 302 und der zweiten Fläche 326 des Gehäusesubstrats 304 angeordnet sind (z. B. unter Verwendung von Löthügeln als Teil von Flip-Chip-Kapselungstechniken), kann ermöglichen, dass das Quantenpunktvorrichtungsgehäuse 300 eine kleinere Grundfläche und eine höhere Die-zu-Gehäusesubstrat-Verbindungdichte erreicht, als unter Verwendung herkömmlicher Drahtbondungstechniken erreicht werden könnte (bei denen leitfähige Kontakte zwischen dem Die 302 und dem Gehäusesubstrat 304 dadurch begrenzt sind, dass sie sich auf der Peripherie des Die 302 befinden). Zum Beispiel kann ein Die 302 mit einer quadratischen ersten Fläche 320 mit einer Seitenlänge N dazu in der Lage sein, nur 4N Drahtbondungszwischenverbindungen zu dem Gehäusesubstrat 304 zu bilden, gegenüber N2 Flip-Chip-Zwischenverbindungen (unter Nutzung des gesamten „Vollfeld“-Oberflächenbereichs der ersten Fläche 320). Außerdem können bei manchen Anwendungen Drahtbondungszwischenverbindungen nicht akzeptable Mengen an Wärme erzeugen, die die Leistungsfähigkeit der Quantenpunktvorrichtung 100 schädigen oder anderweitig stören kann. Das Verwenden von Löthügeln als Zwischenverbindung 306 erster Ebene kann ermöglichen, dass das Quantenpunktvorrichtungsgehäuse 300 relativ zu dem Verwenden von Drahtbondungen, um den Die 302 und des Gehäusesubstrat 41 koppeln, eine viel niedrigere parasitäre Induktivität aufweist, was zu einer Verbesserung einer Signalintegrität für Hochgeschwindigkeitssignale führen kann, die zwischen dem Die 302 und dem Gehäusesubstrat 304 kommuniziert werden. Gleichermaßen können Zwischenverbindung 309 erster Ebene zwischen leitfähigen Kontakten 371 des Die 350 und leitfähigen Kontakten 379 bei der zweiten Fläche 326 des Gehäusesubstrats 304 angeordnet sein, wie gezeigt ist, um (nicht gezeigte) elektronische Komponenten in dem Die 350 mit leitfähigen Pfaden in dem Gehäusesubstrat 304 koppeln.
  • Das Gehäusesubstrat 304 kann eine erste Fläche 324 und eine gegenüberliegende zweite Fläche 326 beinhalten. Leitfähige Kontakte 399 können bei der ersten Fläche 324 angeordnet sein und leitfähige Kontakte 379 können bei der zweiten Fläche 326 angeordnet sein. Ein Lötstopplackmaterial 314 kann um die leitfähigen Kontakte 379 herum angeordnet sein und ein Lötstopplackmaterial 312 kann um die leitfähigen Kontakte 399 herum angeordnet sein; die Lötstopplackmaterialien 314 und 312 können beliebige der oben unter Bezugnahme auf das Lötstopplackmaterial 367 besprochenen Formen annehmen. Bei manchen Ausführungsformen kann das Lötstopplackmaterial 312 und/oder das Lötstopplackmaterial 314 ausgelassen werden. Leitfähige Pfade können sich durch das Isolationsmaterial 310 zwischen der ersten Fläche 324 und der zweiten Fläche 326 des Gehäusesubstrats 304 erstrecken, wobei verschiedene der leitfähigen Kontakte 399 mit verschiedenen der leitfähigen Kontakte 379 elektrisch auf eine beliebige gewünschte Weise gekoppelt sind. Das Isolationsmaterial 310 kann ein dielektrisches Material (z. B. ein ILD) sein und kann zum Beispiel die Form einer beliebigen der hier offenbarten Ausführungsformen des Isolationsmaterials 130 annehmen. Leitfähige Pfade können zum Beispiel einen oder mehrere leitfähige Vias 395 und/oder eine oder mehrere leitfähige Leitungen 397 beinhalten.
  • Zum Beispiel kann das Gehäusesubstrat 304 einen oder mehrere leitfähige Pfade 313 beinhalten, um den Die 302 elektrisch mit leitfähigen Kontakten 399 auf der ersten Fläche 324 des Gehäusesubstrats 304 zu koppeln; diese leitfähigen Pfade 313 können verwendet werden, um zu ermöglichen, dass der Die 302 elektrisch mit einer Schaltkreiskomponenten kommuniziert, mit der das Quantenpunktvorrichtungsgehäuse 300 gekoppelt ist (z. B. einer Leiterplatte oder einem Interposer, wie unten besprochen ist). Das Gehäusesubstrat 304 kann einen oder mehrere leitfähige Pfade 319 beinhalten, um den Die 350 elektrisch mit leitfähigen Kontakten 399 der ersten Fläche 324 des Gehäusesubstrats 304 zu koppeln; diese leitfähigen Pfade 319 können verwendet werden, um zu ermöglichen, dass der Die 350 elektrisch mit einer Schaltkreiskomponente kommuniziert, mit der das Quantenpunktvorrichtungsgehäuse 300 gekoppelt ist (z. B. einer Leiterplatte oder einem Interposer, wie unten besprochen ist).
  • Das Gehäusesubstrat 304 kann einen oder mehrere leitfähige Pfade 317 beinhalten, um den Die 302 durch das Gehäusesubstrat 304 elektrisch mit dem Die 350 zu koppeln. Insbesondere kann das Gehäusesubstrat 304 leitfähige Pfade 317 beinhalten, die unterschiedliche der leitfähigen Kontakte 379 auf der zweiten Fläche 326 des Gehäusesubstrats 304 so koppeln, dass, wenn der Die 302 und der Die 350 mit diesen unterschiedlichen leitfähigen Kontakten 379 gekoppelt sind, der Die 302 und der Die 350 durch das Gehäusesubstrat 304 kommunizieren können. Obwohl der Die 302 und der Die 350 in 81 als auf derselben zweiten Fläche 326 des Gehäusesubstrats 304 angeordnet veranschaulicht sind, können der Die 302 und der Die 350 bei manchen Ausführungsformen auf unterschiedlichen Flächen des Gehäusesubstrats 304 angeordnet sein (z. B. einer auf der ersten Fläche 324 und einer auf der zweiten Fläche 326) und können über einen oder mehrere leitfähige Pfade 317 kommunizieren.
  • Bei manchen Ausführungsformen können die leitfähigen Pfade 317 Mikrowellenübertragungsleitungen sein. Mikrowellenübertragungsleitungen können für die effektive Übertragung von Mikrowellensignalen strukturiert sein und können die Form einer beliebigen in der Technik bekannten Mikrowellenübertragungsleitung annehmen. Zum Beispiel kann ein leitfähiger Pfad 317 ein komplanarer Wellenleiter, eine Streifenleitung, eine Mikrostreifenleitung oder eine invertierte Mikrostreifenleitung sein. Der Die 350 kann Mikrowellenpulse entlang der leitfähigen Pfade 317 an den Die 302 liefern, um Elektronenspinresonanz(ESR)-Pulse an die Quantenpunktvorrichtung(en) 100 zu liefern, um die Spinzustände der Quantenpunkte 142 zu manipulieren, die sich darin ausbilden. Bei manchen Ausführungsformen kann der Die 350 einen Mikrowellenpuls erzeugen, der über einen leitfähigen Pfad 317 übertragen wird und ein Magnetfeld in der (den) Magnetleitung(en) 121 einer Quantenpunktvorrichtung 100 induziert und einen Übergang zwischen dem Spin-Up- und Spin-Down-Zustand eines Quantenpunktes 142 bewirkt. Bei manchen Ausführungsformen kann der Die 359 einen Mikrowellenpuls erzeugen, der über einen leitfähigen Pfad 317 übertragen wird und ein Magnetfeld in einem Gate 106/108 induziert, um einen Übergang zwischen dem Spin-Up- und Spin-Down-Zustand eines Quantenpunktes 142 zu bewirken. Der Die 350 kann beliebige solche Ausführungsformen oder eine beliebige Kombination solcher Ausführungsformen ermöglichen.
  • Der Die 350 kann beliebige geeignete Steuersignale an den Die 302 liefern, um einen Betrieb der Quantenpunktvorrichtung(en) 100 zu ermöglichen, die in dem Die 302 enthalten ist (sind) . Zum Beispiel kann der Die 350 Spannung (durch die leitfähigen Pfade 317) an die Gates 106/108 liefern und dadurch das Energieprofil in dem Quantentopfstapel 146 abstimmen.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann das Quantenpunktvorrichtungsgehäuse 300 ein Gehäuse mit Kern sein, bei dem das Gehäusesubstrat 304 auf einem (nicht gezeigten) Trägermaterial gebaut ist, das in dem Gehäusesubstrat 304 verbleibt. Bei solchen Ausführungsformen kann das Trägermaterial ein dielektrisches Material sein, das Teil des Isolationsmaterials 310 ist; Laser-Vias oder andere Durchgangslöcher können durch das Trägermaterial gefertigt werden, um zu ermöglichen, dass sich leitfähige Pfade 313 und/oder 319 durch die erste Fläche 324 und die zweite Fläche 326 erstrecken.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann das Gehäusesubstrat 304 ein Silicium-Interposer sein oder diesen anderweitig beinhalten und können die leitfähigen Pfade 313 und/oder 318 Silicium-Durchgang-Vias sein. Silicium kann im Vergleich zu anderen dielektrischen Materialien, die für das Isolationsmaterial 310 verwendet werden können, einen wünschenswert niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen und dementsprechend den Grad beschränken, zu dem sich das Gehäusesubstrat 304 während Temperaturänderungen relativ zu solchen anderen Materialien (z. B. Polymeren mit höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten) ausdehnt und zusammenzieht. Ein Silicium-Interposer kann auch dabei helfen, dass das Gehäusesubstrat 304 eine wünschenswert kleine Leitungsbreite erreicht und eine hohe Verbindungsdichte zu dem Die 302 und/oder dem Die 350 beibehält.
  • Das Beschränken einer differentiellen Ausdehnung und Kontraktion kann dabei helfen, die mechanische und elektrische Integrität des Quantenpunktvorrichtungsgehäuses 300 zu bewahren, wenn das Quantenpunktvorrichtungsgehäuse 300 gefertigt (und höheren Temperaturen ausgesetzt) wird und in einer gekühlten Umgebung verwendet (und niedrigeren Temperaturen ausgesetzt) wird. Bei manchen Ausführungsformen kann eine thermische Ausdehnung und Kontraktion in dem Gehäusesubstrat 304 bewältigt werden, indem eine näherungsweise gleichmäßige Dichte des leitfähigen Materials in dem Gehäusesubstrat 304 beibehalten wird (so dass sich unterschiedliche Teile des Substrats 304 gleichmäßig ausdehnen und zusammenziehen), wobei verstärkte dielektrische Materialien als das Isolationsmaterial 310 verwendet werden (z. B. dielektrische Materialien mit Siliciumdioxidfüllstoffen) oder steifere Materialien als das Isolationsmaterial genutzt werden (z. B. ein Prepreg-Material einschließlich Glasgewebefasern. Bei manchen Ausführungsformen kann der Die 350 aus Halbleitermaterialien oder Verbindungshalbleitermaterialien (z. B. Gruppe-III-Gruppe-V-Verbindungen) gebildet werden, um eine höhereffiziente Verstärkung und Signalerzeugung zu ermöglichen, um die Wärme, die während eines Betriebs erzeugt wird, zu minimieren und den Einfluss auf die Quantenoperationen des Die 302 zu reduzieren. Bei manchen Ausführungsformen kann die Metallisierung in dem Die 350 supraleitende Materialien (z. B. Titannitrid, Niob, Niobnitrid und Niobtitannitrid) verwenden, um eine Erwärmung zu minimieren.
  • Die leitfähigen Kontakte 365 des Die 302 können über die Zwischenverbindungen 306 erster Ebene elektrisch mit den leitfähigen Kontakten 379 des Gehäusesubstrats 304 gekoppelt sein und die leitfähigen Kontakte 371 des Die 350 können über die Zwischenverbindungen 309 erster Ebene elektrisch mit den leitfähigen Kontakten 379 des Gehäusesubstrats 304 verbunden sein. Bei manchen Ausführungsformen können die Zwischenverbindungen 306/309 erster Ebene Löthügel oder -kugeln beinhalten (wie in 81 veranschaulicht ist); zum Beispiel können die Zwischenverbindungen 306/309 erster Ebene Flip-Chip (oder „Controlled Collapse Chip Connection“, „C4“)-Hügel sein, die anfänglich auf dem Die 302/Die 350 oder auf dem Gehäusesubstrat 304 angeordnet werden. Zwischenverbindungen 308 zweiter Ebene (z. B. Lötkugeln oder andere Typen von Zwischenverbindungen) können die leitfähigen Kontakte 399 auf der ersten Fläche 324 des Gehäusesubstrat 304 mit einer anderen Komponente, wie etwa einer (nicht gezeigten) Leiterplatte, koppeln. Beispiele für Anordnungen von elektronischen Gehäusen, die eine Ausführungsform des Quantenpunktvorrichtungsgehäuses 300 beinhalten können, sind unten unter Bezugnahme auf 83 beschrieben. Der Die 302 und/oder der Die 350 kann zum Beispiel unter Verwendung einer Bestückungseinrichtung in Kontakt mit dem Gehäusesubstrat 304 gebracht werden und ein Wiederaufschmelz- oder Thermokompressionsbondvorgang kann verwendet werden, um den Die 302 und/oder den Die 350 über die Zwischenverbindungen 306 erster Ebene und/oder die Zwischenverbindungen 309 erster Ebene jeweils mit dem Gehäusesubstrat zu koppeln.
  • Die leitfähigen Kontakte 365, 371, 379 und/oder 399 können mehrere Schichten aus einem Material beinhalten, das dazu ausgewählt werden kann, unterschiedlichen Zwecken zu dienen. Bei manchen Ausführungsformen können die leitfähigen Kontakte 365, 371, 379 und/oder 399 aus Aluminium gebildet werden und können eine Schicht aus Gold (z. B. mit einer Dicke von weniger als 1 Mikrometer) zwischen dem Aluminium und der angrenzenden Zwischenverbindung beinhalten, um die Oxidation der Oberfläche der Kontakte zu begrenzen und die Haftung mit dem angrenzenden Lot zu verbessern. Bei manchen Ausführungsformen können die leitfähigen Kontakte 365, 371, 379 und/oder 399 aus Aluminium gebildet sein und können eine Schicht aus einem Barrieremetall, wie etwa Nickel, sowie eine Schicht aus Gold beinhalten, wobei die Schicht aus dem Barrieremetall zwischen dem Aluminium und der Schicht aus Gold angeordnet ist und die Schicht aus Gold zwischen dem Barrieremetall und der angrenzenden Zwischenverbindung angeordnet ist, Bei solchen Ausführungsformen kann das Gold die Barrieremetalloberfläche vor dem Zusammenbau vor Oxidation schützen und kann das Barrieremetall die Diffusion von Lot von den angrenzenden Zwischenverbindungen in das Aluminium begrenzen.
  • Bei manchen Ausführungsformen können die Strukturen und Materialien in der Quantenpunktvorrichtung 100 beschädigt werden, falls die Quantenpunktvorrichtung 100 den hohen Temperaturen ausgesetzt wird, die bei einer herkömmlichen Verarbeitung integrierter Schaltkreise üblich sind (z. B. größer als 100 Grad Celsius oder größer als 200 Grad Celsius). Insbesondere kann bei Ausführungsformen, bei denen die Zwischenverbindungen 306/309 erster Ebene Lot enthalten, dass Lot ein Niedertemperaturlot sein (z. B. ein Lot mit einem Schmelzpunkt unterhalb von 100 Grad Celsius), sodass es geschmolzen werden kann, um die leitfähigen Kontakte 365/371 und die leitfähigen Kontakte 379 zu koppeln, ohne den Die 302 höheren Temperaturen aussetzen und eine Beschädigung der Quantenpunktvorrichtung 100 riskieren zu müssen. Beispiele für Lote, die geeignet sein können, beinhalten indiumbasierte Lote (z. B. Lote, die Indiumlegierungen beinhalten). Wenn Niedertemperaturlote verwendet werden, sind diese Lote jedoch möglicherweise während einer Handhabung des Quantenpunktvorrichtungsgehäuses 300 (z. B. bei Raumtemperatur oder Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 100 Grad Celsius) nicht vollständig fest und dementsprechend koppelt des Lot der Zwischenverbindungen 306/309 erster Ebene möglicherweise den Die 302/Die 350 und das Gehäusesubstrat 304 mechanisch nicht zuverlässig (und koppelt dementsprechend möglicherweise den Die 302/Die 350 und das Gehäusesubstrat 304 elektrisch nicht zuverlässig). Bei manchen Ausführungsformen kann das Quantenpunktvorrichtungsgehäuse 300 ferner einen mechanischen Stabilisator beinhalten, um eine mechanische Kopplung zwischen dem Die 302/Die 350 und dem Gehäusesubstrat 304 aufrechtzuerhalten, selbst wenn das Lot der Zwischenverbindungen 306/309 erster Ebene nicht fest ist. Beispiele für mechanische Stabilisatoren können ein Unterfüllmaterial beinhalten, das zwischen dem Die 302/Die 350 und dem Gehäusesubstrat 304 angeordnet ist, einen Eckenklebstoff, der zwischen dem Die 302/Die 350 und dem Gehäusesubstrat 304 angeordnet ist, ein Überspritzmaterial, das um den Die 302/Die 350 herum auf dem Gehäusesubstrat 304 angeordnet ist, und/oder einen mechanischen Rahmen zum Befestigen des Die 302/Die 350 und des Gehäusesubstrats 304.
  • Bei manchen Ausführungsformen des Quantenpunktvorrichtungsgehäuses 300 ist der Die 350 möglicherweise nicht in dem Gehäuse 300 enthalten; stattdessen kann der Die 350 durch einen anderen Typ einer üblichen physischen Stütze elektrisch mit dem Die 302 gekoppelt sein. Zum Beispiel kann der Die 350 separat von Die 302 gekapselt sein (z. B. kann der Die 350 auf seinem eigenen Gehäusesubstrat montiert sein) und können die zwei Gehäuse durch einen Interposer, eine Leiterplatte, eine Brücke, eine Gehäuse-auf-Gehäuse-Anordnung oder auf eine beliebige andere Weise miteinander gekoppelt sein. Beispiele für Vorrichtungsbaugruppen, die den Die 302 und den Die 350 in verschiedenen Anordnungen beinhalten können, sind unten unter Bezugnahme auf 83 besprochen.
  • 82A-B sind Draufsichten eines Wafers 450 und von Dies 452, die aus dem Wafer 450 gebildet werden können; die Dies 452 können in einem beliebigen der hier offenbarten Quantenpunktvorrichtungsgehäuse (z. B. dem Quantenpunktvorrichtungsgehäuse 300) enthalten sein. Der Wafer 450 kann ein Halbleitermaterial beinhalten und kann einen oder mehrere Dies 452 mit herkömmlichen Elementen und Quantenpunktvorrichtungselementen, die auf einer Oberfläche des Wafers 450 gebildet sind, beinhalten. Jeder der Dies 452 kann eine Wiederholungseinheit eines Halbleiterprodukts sein, das eine beliebige geeignete herkömmliche Vorrichtung und/oder Quantenpunktvorrichtung beinhaltet. Nachdem die Fertigung des Halbleiterprodukts abgeschlossen ist, kann der Wafer 450 einem Vereinzelungsprozess unterzogen werden, in dem jeder Die 452 von den anderen separiert wird, um diskrete „Chips“ des Halbleiterprodukts bereitzustellen. Ein Die 452 kann eine oder mehrere Quantenpunktvorrichtungen 100 und/oder eine Unterstützungsschaltungsanordnung zum Führen elektrischer Signale zu den Quantenpunktvorrichtungen 100 (z. B. Zwischenverbindungen einschließlich leitfähiger Vias und Leitungen) sowie beliebige andere Integrierter-Schaltkreis(IC)-Komponenten beinhalten. Bei manchen Ausführungsformen kann der Wafer 450 oder der Die 452 eine Speichervorrichtung (z. B. eine Statischer-Direktzugriffsspeicher(SRAM)-Vorrichtung), eine Logikvorrichtung (z. B. AND-, OR-, NAND- oder NOR-Gatter) oder ein beliebiges anderes geeignetes Schaltkreiselement beinhalten. Mehrere dieser Vorrichtungen können auf einem einzigen Chip 452 kombiniert sein. Zum Beispiel kann ein Speicher, der aus mehreren Speichervorrichtungen gebildet ist, auf einem selben Die 452 wie eine Verarbeitungsvorrichtung (z. B. die Verarbeitungsvorrichtung 2002 aus 85) oder andere Logik gebildet sein, die dazu konfiguriert ist, Informationen in den Speichervorrichtungen zu speichern oder in dem Speicher gespeicherte Anweisung auszuführen.
  • 83 ist eine Querschnittsansicht einer Vorrichtungsbaugruppe 400, die beliebige der Ausführungsformen der hier offenbarten Quantenpunktvorrichtungsgehäuse 300 beinhalten kann. Die Vorrichtungsbaugruppe 400 beinhaltet eine Anzahl an Komponenten, die auf einer Leiterplatte 402 angeordnet sind. Die Vorrichtungsbaugruppe 400 kann Komponenten beinhalten, die auf einer ersten Fläche 440 der Leiterplatte 402 und auf einer gegenüberliegenden zweiten Fläche 442 der Leiterplatte 402 angeordnet sind; allgemein können Komponenten auf einer oder auf beiden Flächen 440 und 442 angeordnet sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Leiterplatte 402 eine gedruckte Leiterplatte (PCB: Printed Circuit Board) einschließlich mehrerer Metallschichten sein, die durch Schichten aus dielektrischem Material voneinander separiert sind und durch elektrisch leitfähige Vias miteinander verbunden sind. Eine oder mehrere beliebige der Metallschichten können in einem gewünschten Schaltkreismuster gebildet werden, um elektrische Signale (optional in Verbindung mit anderen Metallschichten) zwischen den Komponenten, die mit der Leiterplatte 402 gekoppelt sind, zu führen. Bei anderen Ausführungsformen kann die Leiterplatte 402 ein Gehäusesubstrat oder eine flexible Platine sein. Bei manchen Ausführungsformen können der Die 302 und der Die 350 (81) separat gekapselt und über die Leiterplatte 402 miteinander gekoppelt sein (z. B. können die leitfähigen Pfade 317 durch die Leiterplatte 402 verlaufen).
  • Die in 83 veranschaulichte Vorrichtungsbaugruppe beinhaltet eine Gehäuse-auf-Interposer-Struktur 436, die durch Kopplungskomponenten 416 mit der ersten Fläche 440 der Leiterplatte 402 verbunden ist. Die Kopplungskomponenten 406 können die Gehäuse-auf-Interposer-Struktur 436 elektrisch und mechanisch mit der Leiterplatte 402 koppeln und können Lötkugeln (wie in 81 gezeigt), einen männlichen und weiblichen Teil eines Sockels, einen Klebstoff, ein Unterfüllmaterial und/oder eine beliebige andere geeignete elektrische und/oder mechanische Kopplungsstruktur beinhalten.
  • Die Gehäuse-auf-Interposer-Struktur 436 kann ein Gehäuse 420 beinhalten, das durch Kopplungskomponenten 418 mit einem Interposer 404 gekoppelt ist. Die Kopplungskomponenten 418 können eine beliebige für die Anwendung geeignete Form annehmen, wie etwa die oben unter Bezugnahme auf die Kopplungskomponenten 416 besprochenen Formen. Zum Beispiel können die Kopplungskomponenten 418 die Zwischenverbindungen 308 zweiter Ebene sein. Obwohl ein einziges Gehäuse 420 in 83 gezeigt ist, können mehrere Gehäuse mit dem Interposer 404 gekoppelt sein; tatsächlich können zusätzliche Interposer mit dem Interposer 404 gekoppelt sein. Der Interposer 404 kann ein dazwischenliegendes Substrat bereitstellen, das verwendet wird, um die Leiterplatte 402 und das Gehäuse 420 zu überbrücken. Das Gehäuse 420 kann zum Beispiel ein Quantenpunktvorrichtungsgehäuse 300 sein oder kann ein herkömmliches IC-Gehäuse sein. Bei manchen Ausführungsformen kann das Gehäuse 420 die Form einer beliebigen der hier offenbarten Ausführungsformen des Quantenpunktvorrichtungsgehäuses 300 sein und kann einen Quantenpunktvorrichtung-Die 302 beinhalten, der mit einem Gehäusesubstrat 304 gekoppelt ist (z. B. durch Flip-Chip-Verbindungen). Allgemein kann der Interposer 404 eine Verbindung auf ein breiteres Rastermaß spreizen oder eine Verbindung zu einer unterschiedlichen Verbindung umleiten. Zu Beispiel kann der Interposer 404 das Gehäuse 420 (z. B. einen Die) mit einer Kugelgitteranordnung (BGA: Ball Grid Array) der Kopplungskomponenten 416 zum Koppeln mit der Leiterplatte 402 koppeln. Bei der in 83 veranschaulichten Ausführungsform sind das Gehäuse 420 und die Leiterplatte 402 an gegenüberliegenden Seiten des Interposers 404 angebracht; bei anderen Ausführungsformen können das Gehäuse 420 und die Leiterplatte 402 auf einer selben Seite des Interposers 404 angebracht sein. Bei manchen Ausführungsformen können drei oder mehr Komponenten mittels des Interposers 404 miteinander verbunden sein. Bei manchen Ausführungsformen kann ein Quantenpunktvorrichtungsgehäuse 300 einschließlich des Die 302 und des Die 350 (81) eines der Gehäuse sein, die auf einem Interposer, wie dem Interposer 404, angeordnet sind. Bei manchen Ausführungsformen können der Die 302 und der Die 350 (81) separat gekapselt und über den Interposer 404 miteinander gekoppelt sein (z. B. kann der leitfähige Pfad 317 durch den Interposer 404 verlaufen).
  • Der Interposer 404 kann aus einem Epoxidharz, einem mit Glasfasern verstärktem Epoxidharz, einem Keramikmaterial oder einem Polymermaterial, wie etwa Polyimid, gebildet sein. Bei manchen Ausführungsformen kann der Interposer 404 aus abwechselnd starren oder flexible Materialien gebildet sein, die die gleichen Materialien, wie oben für eine Verwendung in einem Halbleitersubstrat beschrieben, sind, wie etwa Silicium, Germanium und andere Gruppe-III-Gruppe-V-Verbindungen und Gruppe-IV-Materialien. Der Interposer 404 kann Metallzwischenverbindungen 408 und Vias 410 beinhalten, einschließlich unter anderem Through-Silicon-Vias (TSVs - Silicium-Durchgang-Vias) 406. Der Interposer 404 kann ferner eingebettete Vorrichtungen 414, einschließlich sowohl passiver als auch aktiver Vorrichtung, beinhalten. Solche Vorrichtungen können unter anderem Kondensatoren, Entkopplungskondensatoren, Widerstände, Induktivitäten, Sicherungen, Dioden, Transformatoren, Sensoren, ESD-Vorrichtungen (ESD: Electrostatic Discharge - elektrostatische Entladung) und Speichervorrichtungen beinhalten. Komplexere Vorrichtungen, wie etwa Hochfrequenz(HF)-Vorrichtungen, Leistungsverstärker, Leistungsverwaltungsvorrichtungen, Antennen, Arrays, Sensoren und Mikroelektromechanisches-System(MEMS)-Vorrichtungen, können auch auf dem Interposer 404 gebildet sein. Die Gehäuse-auf-Interposer-Struktur 436 kann die Form von beliebigen der in der Technik bekannten Gehäuse-auf-Interposer-Strukturen annehmen.
  • Die Vorrichtungsbaugruppe 400 kann ein Gehäuse 424 beinhalten, das durch Kopplungskomponenten 422 mit der ersten Fläche 440 der Leiterplatte 402 gekoppelt ist. Kopplungskomponenten 422 können die Form von beliebigen der oben unter Bezugnahme auf die Kopplungskomponenten 416 besprochenen Ausführungsformen annehmen und das Gehäuse 424 kann die Form von beliebigen der oben unter Bezugnahme auf das Gehäuse 420 besprochenen Ausführungsformen annehmen. Das Gehäuse 424 kann zum Beispiel ein Quantenpunktvorrichtungsgehäuse 300 sein (z. B. einschließlich des Die 302 und des Die 350, oder nur des Die 302) oder kann ein herkömmliches IC-Gehäuse sein. Bei manchen Ausführungsformen kann das Gehäuse 424 die Form einer beliebigen der hier offenbarten Ausführungsformen des Quantenpunktvorrichtungsgehäuses 300 sein und kann einen Quantenpunktvorrichtung-Die 302 beinhalten, der mit einem Gehäusesubstrat 304 gekoppelt ist (z. B. durch Flip-Chip-Verbindungen).
  • Die in 83 veranschaulichte Vorrichtungsbaugruppe 400 beinhaltet eine Gehäuse-auf-Gehäuse-Struktur 434, die durch Kopplungskomponenten 428 mit der zweiten Fläche 442 der Leiterplatte 402 gekoppelt ist. Die Gehäuse-auf-Gehäuse-Struktur 434 kann ein Gehäuse 426 und ein Gehäuse 432 beinhalten, die durch Kopplungskomponenten 430 miteinander gekoppelt sind, sodass das Gehäuse 426 zwischen der Leiterplatte 402 und dem Gehäuse 432 angeordnet ist. Die Kopplungskomponenten 428 und 430 können die Form einer beliebigen der oben besprochene Ausführungsformen der Kopplungskomponenten 416 annehmen und die Gehäuse 426 und 432 können die Form einer beliebigen der oben besprochenen Ausführungsformen des Gehäuses 420 annehmen. Jedes der Gehäuse 426 und 432 kann zum Beispiel ein Quantenpunktvorrichtungsgehäuse 390 sein oder kann ein herkömmliches IC-Gehäuse sein. Bei manchen Ausführungsformen können eines oder beide der Gehäuse 426 und 432 die Form einer beliebigen der hier offenbarten Ausführungsformen des Quantenpunktvorrichtungsgehäuses 300 annehmen und können einen Die 302 beinhalten, der mit einem Gehäusesubstrat 304 gekoppelt ist (z. B. durch Flip-Chip-Verbindungen). Bei manchen Ausführungsformen kann ein Quantenpunktvorrichtungsgehäuse 300 einschließlich des Die 302 und des Die 350 (81) eines der Gehäuse in einer Gehäuse-auf-Gehäuse-Struktur, wie der Gehäuse-auf-Gehäuse-Struktur 434, sein. Bei manchen Ausführungsformen können der Die 302 und der Die 350 (81) separat gekapselt und miteinander unter Verwendung einer Gehäuse-auf-Gehäuse-Struktur, wie der Gehäuse-auf-Gehäuse-Struktur 434, gekoppelt sein (z. B. können die leitfähigen Pfade 317 durch ein Gehäusesubstrat von einem oder beiden der Gehäuse der Dies 302 und 350 verlaufen).
  • Eine Reihe von Techniken sind hier zum Betreiben einer Quantenpunktvorrichtung 100 offenbart. 84 ist ein Flussdiagramm eines speziellen veranschaulichten Verfahrens 1020 zum Betreiben einer Quantenpunktvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Obwohl die unten unter Bezugnahme auf das Verfahren 1020 veranschaulichten Vorgänge in einer speziellen Reihenfolge veranschaulicht und jeweils einmal dargestellt sind, können diese Vorgänge nach Bedarf wiederholt oder in einer unterschiedlichen Reihenfolge (z. B. parallel) durchgeführt werden. Außerdem können verschiedene Vorgänge nach Bedarf ausgelassen werden. Verschiedene Vorgänge des Verfahrens 1020 können unter Bezugnahme auf eine oder mehrere der oben besprochenen Ausführungsformen veranschaulicht sein, wobei das Verfahren 1020 verwendet werden kann, um eine beliebige geeignete Quantenpunktvorrichtung (einschließlich beliebiger geeigneter der hier offenbarten Ausführungsformen) zu betreiben.
  • Bei 1022 können elektrische Signale an ein oder mehrere erste Gates, die oberhalb eines Quantentopfstapels angeordnet sind, als Teil des Bewirkens, dass sich ein erster Quantentopf in einer Quantentopfschicht in dem Quantentopfstapel ausbildet, geliefert werden. Der Quantentopfstapel kann die Form einer beliebigen der hier offenbarten Ausführungsformen annehmen (zum Beispiel die Quantentopfstapel 146, die oben unter Bezugnahme auf 42-44 besprochen sind) und kann in einer beliebigen der hier offenbarten Quantenpunktvorrichtung 100 enthalten sein. Zum Beispiel kann eine Spannung an ein Gate 108-11 als Teil des Bewirkens, dass sich ein erster Quantentopf (für einen ersten Quantenpunkt 142) in dem Quantentopfstapel 106 unterhalb des Gates 108-11 ausbildet, angelegt werden.
  • Bei 1024 können elektrische Signale an ein oder mehrere zweite Gates, die oberhalb des Quantentopfstapels angeordnet sind, als Teil des Bewirkens, dass sich ein zweiter Quantentopf der Quantentopfschicht ausbildet, geliefert werden. Zum Beispiel kann eine Spannung an das Gate 108-12 als Teil des Bewirkens, dass sich ein zweiter Quantentopf (für einen zweiten Quantenpunkt 142) in dem Quantentopfstapel 146 unterhalb des Gates 108-12 ausbildet, angelegt werden.
  • Bei 1026 können elektrische Signale an ein oder mehrere dritte Gates, die oberhalb des Quantentopfstapels angeordnet sind, als Teil des (1) Bewirkens, dass sich ein dritter Quantentopf in der Quantentopfschicht ausbildet, oder (2) Bereitstellens einer Potentialbarriere zwischen dem ersten Quantentopf und dem zweiten Quantentopf geliefert werden. Zum Beispiel kann eine Spannung an das Gate 106-12 als Teil des (1) Bewirkens, dass sich ein dritter Quantentopf (für einen dritten Quantenpunkt 142) in dem Quantentopfstapel 146 unterhalb des Gates 106-12 ausbildet (z. B. wenn das Gate 106-12 als ein „Plunger“-Gate fungiert), oder (2) Bereitstellens einer Potentialbarriere zwischen dem ersten Quantentopf (unter dem Gate 108-11) und den zweiten Quantentopf (unter dem Gate 108-12) (z. B. wenn das Gate 106-12 als ein „Barriere“-Gate fungiert) angelegt werden.
  • 85 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Quantenrechenvorrichtung 2000, die beliebige der hier offenbarten Quantenpunktvorrichtungen beinhalten kann. Eine Reihe von Komponenten ist in 85 als in der Quantenrechenvorrichtung 2000 enthalten veranschaulicht, aber eine oder mehrere beliebige dieser Komponenten können, wie für die Anwendung passend, weggelassen oder dupliziert werden. Bei manchen Ausführungsformen können manche oder alle der in der Quantenrechenvorrichtung 2000 enthaltenen Komponenten an einer oder mehreren PCBs (z. B. einer Hauptplatine) angebracht sein. Bei manchen Ausführungsformen können verschiedene dieser Komponenten auf einem einzigen SoC-Die gefertigt werden. Außerdem beinhaltet die Quantenrechenvorrichtung 2000 bei verschiedenen Ausführungsformen möglicherweise nicht eine oder mehrere der in 85 veranschaulichten Komponenten, sondern kann die Quantenrechenvorrichtung 2000 eine Schnittstellenschaltungsanordnung zum Koppeln mit der einen oder den mehreren Komponenten beinhalten. Zum Beispiel beinhaltet die Quantenrechenvorrichtung 2000 möglicherweise keine Anzeigevorrichtung 2006, aber kann eine Anzeigevorrichtungsschnittstellenschaltungsanordnung beinhalten (z. B. einen Verbinder und eine Ansteuerungsschaltungsanordnung), mit der eine Anzeigevorrichtung 2006 gekoppelt sein kann. Bei einer anderen Gruppe von Beispielen beinhaltet die Quantenrechenvorrichtung 2000 möglicherweise keine Audioeingabevorrichtung 2024 oder Audioausgabevorrichtung 2008, sondern kann eine Audioeingabe- oder -ausgabevorrichtungsschnittstellenschaltungsanordnung beinhalten (z. B. Verbinder und eine Unterstützungsschaltungsanordnung), mit der eine Audioeingabevorrichtung 2024 oder eine Audioausgabevorrichtung 2008 gekoppelt werden kann.
  • Die Quantenrechenvorrichtung 2000 kann eine Verarbeitungsvorrichtung 2002 (z. B. eine oder mehrere Verarbeitungsvorrichtungen) beinhalten. Wie hier verwendet, kann der Ausdruck „Verarbeitungsvorrichtung“ oder „Prozessor“ auf eine beliebige Vorrichtung oder einen beliebigen Teil einer Vorrichtung verweisen, die/der elektronische Daten von Registern und/oder einem Speicher verarbeitet, um diese elektronischen Daten in andere elektronische Daten zu transformieren, die in Registern und/oder einem Speicher gespeichert werden können. Die Verarbeitungsvorrichtung 2002 kann eine Quantenverarbeitungsvorrichtung 2026 (z. B. eine oder mehrere Quantenverarbeitungsvorrichtungen) und eine nichtquantenbasierte Verarbeitungsvorrichtung 2028 (z. B. eine oder mehrere nichtquantenbasierte Verarbeitungsvorrichtungen) beinhalten. Die Quantenverarbeitungsvorrichtung 2026 kann eine oder mehrere der hier offenbarten Quantenpunktvorrichtungen 100 beinhalten und kann eine Datenverarbeitung durch Durchführen von Operationen an den Quantenpunkten, die in den Quantenpunktvorrichtungen 100 erzeugt werden können, und Überwachen der Ergebnisse dieser Operationen durchführen. Zum Beispiel kann, wie oben besprochen, ermöglicht werden, dass unterschiedliche Quantenpunkte wechselwirken, können unterschiedliche Quantenzustände unterschiedlicher Quantenpunkte festgelegt oder transformiert werden und können die Quantenzustände von Quantenpunkten gelesen (z. B. durch einen anderen Quantenpunkt) werden. Die Quantenverarbeitungsvorrichtung 2026 kann ein Universalquantenprozessor oder ein spezialisierter Quantenprozessor sein, der dazu konfiguriert ist, einen oder mehrere spezielle Quantenalgorithmen auszuführen. Bei manchen Ausführungsformen kann die Quantenverarbeitungsvorrichtung 2026 Algorithmen ausführen, die speziell für Quantencomputer geeignet sind, wie etwa kryptografische Algorithmen, die eine Primfaktorzerlegung nutzen, Verschlüsselung/Entschlüsselung, Algorithmen zum Optimieren chemischer Reaktionen, Algorithmen zum Modellieren von Proteinfaltung usw. Die Quantenverarbeitungsvorrichtung 2026 kann auch eine Unterstützungsschaltungsanordnung zum Unterstützen der Verarbeitungsfähigkeit der Quantenverarbeitungsvorrichtung 2026 beinhalten, wie etwa Eingabe/Ausgabe-Kanäle, Multiplexer, Signalmixer, Quantenverstärker und Analog-Digital-Umsetzer. Zum Beispiel kann die Quantenverarbeitungsvorrichtung 2026 eine Schaltungsanordnung (z. B. eine Stromquelle)zum Liefern von Strompulsen an eine oder mehrere Magnetleitungen 121, die in der Quantenpunktvorrichtung 100 enthalten sind, beinhalten.
  • Wie oben angegeben, kann die Verarbeitungsvorrichtung 2002 eine nichtquantenbasierte Verarbeitungsvorrichtung 2028 beinhalten. Bei manchen Ausführungsformen kann die nichtquantenbasierte Verarbeitungsvorrichtung 2028 eine periphere Logik bereitstellen, um den Betrieb der Quantenverarbeitungsvorrichtung 2026 zu unterstützen. Zum Beispiel kann die nichtquantenbasierte Verarbeitungsvorrichtung 2028 die Leistungsfähigkeit einer Leseoperation steuern, die Leistungsfähigkeit einer Schreiboperation steuern, das Löschen von Quantenbits steuern usw. Die nichtquantenbasierte Verarbeitungsvorrichtung 2028 kann auch herkömmliche Rechenfunktionen durchführen, um die durch die Quantenverarbeitungsvorrichtung 2026 bereitgestellten Rechenfunktionen zu ergänzen. Zum Beispiel kann die nichtquantenbasierte Verarbeitungsvorrichtung 2028 an eine oder mehrere der anderen Komponenten der Quantenrechenvorrichtung 2000 (z. B. dem unten besprochenen Kommunikationschip 2012, der unten besprochenen Anzeigevorrichtung 2006 usw.) auf eine herkömmliche Weise angekoppelt sein und kann sie als eine Schnittstelle zwischen der Quantenverarbeitungsvorrichtung 2026 und herkömmlichen Komponenten dienen. Die nichtquantenbasierte Verarbeitungsvorrichtung 2028 kann einen oder mehrere DSPs, ASICs, zentrale Verarbeitungseinheiten (CPUs), Grafikverarbeitungseinheiten (GPUs), Kryptoprozessoren (spezialisierte Prozessoren, die kryptografische Algorithmen innerhalb Hardware ausführen), Serverprozessoren oder beliebige andere geeignete Verarbeitungsvorrichtungen beinhalten.
  • Die Quantenrechenvorrichtung 2000 kann einen Speicher 2004 beinhalten, der seinerseits eine oder mehrere Speichervorrichtungen beinhalten kann, wie z. B. flüchtigen Speicher (z. B. dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM)), nichtflüchtigen Speicher (z. B. ROM), Flash-Speicher, Festkörperspeicher und/oder eine Festplatte. Bei manchen Ausführungsformen können die Zustände von Qubits in der Quantenverarbeitungsvorrichtung 2026 gelesen und in dem Speicher 2004 gespeichert werden. Bei manchen Ausführungsformen kann der Speicher 2004 einen Speicher beinhalten, der einen Die mit der nichtquantenbasierten Verarbeitungsvorrichtung 2028 teilt. Dieser Speicher kann als Cache-Speicher verwendet werden und kann einen eingebetteten dynamischen Direktzugriffsspeicher (eDRAM) oder einen magnetischen Spin-Transfer-Torque-Direktzugriffsspeicher (STT-MRAM) beinhalten.
  • Die Quantenrechenvorrichtung 2000 kann eine Kühleinrichtung 2030 beinhalten. Die Kühleinrichtung 2030 kann die Quantenverarbeitungsvorrichtung 2026 während des Betriebs bei einer vorbestimmten niedrigen Temperatur halten, um die Auswirkungen von Streuung in der Quantenverarbeitungsvorrichtung 2026 zu reduzieren. Diese vorbestimmte niedrige Temperatur kann in Abhängigkeit von der Einstellung variieren; bei manchen Ausführungsformen kann die Temperatur 5 Kelvin oder weniger betragen. Bei manchen Ausführungsformen wird die nichtquantenbasierte Verarbeitungsvorrichtung 2028 (und verschiedene andere Komponenten der Quantenrechenvorrichtung 2000) möglicherweise nicht durch die Kühleinrichtung 2030 gekühlt und kann stattdessen bei Raumtemperatur arbeiten. Die Kühleinrichtung 2030 kann zum Beispiel ein Verdünnungskühlgerät, ein Helium-3-Kühlerät oder ein Kühlgerät auf der Basis von flüssigem Helium sein.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Quantenrechenvorrichtung 2000 einen Kommunikationschip 2012 (z. B. einen oder mehrere Kommunikationschips) beinhalten. Zum Beispiel kann der Kommunikationschip 2012 dazu konfiguriert sein, drahtlose Kommunikation für die Übertragung von Daten an die oder von der Quantenrechenvorrichtung 2000 zu verwalten. Der Begriff „drahtlos“ und davon abgeleitete Begriffe können verwendet werden, um Schaltkreise, Vorrichtungen, Systeme, Verfahren, Techniken, Kommunikationskanäle usw. zu beschreiben, die Daten durch die Verwendung von modulierter elektromagnetischer Strahlung durch ein nicht festes Medium kommunizieren können. Der Begriff impliziert nicht, dass die assoziierten Vorrichtungen keine Drähte enthalten, obwohl sie bei manchen Ausführungsformen möglicherweise keine enthalten.
  • Der Kommunikationschip 2012 kann beliebige einer Reihe von drahtlosen Standards oder Protokollen implementierten, einschließlich unter anderem von IEEE-Standards (IEEE: Institute for Electrical and Electronic Engineers), die Wi-Fi (IEEE-802.11-Familie), IEEE-802.16-Standards (z. B. IEEE-802.16-2005-Erweiterung), Long-Term-Evolution(LTE)-Projekt zusammen mit allen Erweiterungen, Aktualisierungen und/oder Überarbeitungen (z. B. Advanced-LTE-Projekt, UMB-Projekt (UBM: Ultra-Mobile Broadband) (auch als „3GPP2“ bezeichnet) usw.) beinhalten. BWA-Netze (BWA: Broadband Wireless Access), die mit IEE-802.16 kompatibel sind, werden im Allgemeinen als WiMAX-Netze bezeichnet, ein Akronym, das für weltweite Interoperabilität für Mikrowellenzugriff (Worldwide Interoperability for Microwave Access) steht, was eine Zertifizierungsmarkierung für Produkte ist, die Konformitäts- und Interoperabilitätstests für die IEEE-802.16-Standards bestehen. Der Kommunikationschip 2012 kann gemäß GSM (Global System for Mobile Communication), GPRS (General Packet Radio Service), UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), HSPA (High Speed Packet Access), E-HSPA (Evolved HSPA) oder LTE-Netz arbeiten. Der Kommunikationschip 2012 kann gemäß EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution), GERAN (GSM EDGE Radio Access Network), UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access Network) oder E-UTRAN (Evolved UTRAN) arbeiten. Der Kommunikationschip 2012 kann gemäß CDMA (Code Division Multiple Access), TDMA (Time Division Multiple Access), DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications), EV-DO (Evolution-Data Optimized) und Ableitungen davon, sowie beliebigen anderen drahtlosen Protokollen, die als 3G, 4G, 5G oder höher gekennzeichnet sind, arbeiten. Der Kommunikationschip 2012 kann bei anderen Ausführungsformen gemäß anderen drahtlosen Protokollen arbeiten. Die Quantenrechenvorrichtung 2000 kann eine Antenne 2022 umfassen, um drahtlose Kommunikationen zu ermöglichen und/oder andere drahtlose Kommunikationen (wie z. B. AM- oder FM-Funkübertragungen) zu empfangen.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann der Kommunikationschip 2012 drahtgebundene Kommunikationen, wie z. B. elektrische, optische oder beliebige andere geeignete Kommunikationsprotokolle (z. B. das Ethernet) verwalten. Wie oben angegeben, kann der Kommunikationschip 2012 mehrere Kommunikationschips beinhalten. Beispielsweise kann ein erster Kommunikationschip 2012 für drahtlose Kommunikation kürzerer Reichweite, wie z. B. Wi-Fi oder Bluetooth, dediziert sein und kann ein zweiter Kommunikationschip 2012 für drahtlose Kommunikation längerer Reichweite, wie z. B. Globales Positionierungssystem (GPS), EDGE, GPRS, CDMA, WiMAX, LTE, Ev-DO oder andere, dediziert sein. Bei manchen Ausführungsformen kann ein erster Kommunikationschip 2012 für drahtlose Kommunikation dediziert sein und kann ein zweiter Kommunikationschip 2012 für drahtgebundene Kommunikation dediziert sein.
  • Die Quantenrechenvorrichtung 2000 kann einen Batterie-/Leistungsschaltkreis 2014 beinhalten. Der Batterie-/Leistungsschaltkreis 2014 kann eine oder mehrere Energiespeicherungsvorrichtungen (z. B. Batterien oder Kondensatoren) und/oder eine Schaltungsanordnung für Kopplungskomponenten der Quantenrechenvorrichtung 2000 zu einer von der Quantenrechenvorrichtung 2000 separaten Energiequelle (z. B. einer Wechselstromleitung) beinhalten.
  • Die Quantenrechenvorrichtung 2000 kann eine Anzeigevorrichtung 2006 (oder eine entsprechende Schnittstellenschaltungsanordnung, wie oben besprochen) beinhalten. Die Anzeigevorrichtung 2006 kann beliebige visuelle Anzeigegeräte, wie etwa eine Heads-Up-Anzeige, einen Computermonitor, einen Projektor, eine Berührungsbildschirmanzeige, eine Flüssigkristallanzeige (LCD), eine Leuchtdiodenanzeige oder eine Flachbildschirmanzeige, beinhalten.
  • Die Quantenrechenvorrichtung 2000 kann eine Audioausgabevorrichtung 2008 (oder eine entsprechende Schnittstellenschaltungsanordnung, wie oben besprochen) beinhalten. Die Audioausgabevorrichtung 2008 kann eine beliebige Vorrichtung beinhalten, die einen hörbaren Indikator erzeugt, wie zum Beispiel Lautsprecher, Headsets oder Ohrhörer.
  • Die Quantenrechenvorrichtung 2000 kann eine Audioeingabevorrichtung 2024 (oder eine entsprechende Schnittstellenschaltungsanordnung, wie oben besprochen) beinhalten. Die Audioeingabevorrichtung 2024 kann eine beliebige Vorrichtung beinhalten, das ein Signal erzeugt, welches einen Ton repräsentiert, wie etwa Mikrofone, Mikrofonarrays oder digitale Instrumente (z. B. Instrumente, die einen MIDI-Ausgang (MIDI: Musical Instrument Digital Interface: digitale Schnittstelle für Musikinstrumente) beinhalten).
  • Die Quantenrechenvorrichtung 2000 kann eine GPS-Vorrichtung 2018 (oder eine entsprechende Schnittstellenschaltungsanordnung, wie oben besprochen) aufweisen. Die GPS-Vorrichtung 2018 kann sich in Kommunikation mit einem satellitenbasierten System befinden und kann eine Position der Quantenrechenvorrichtung 2000 empfangen, wie in der Technik bekannt ist.
  • Die Quantenrechenvorrichtung 2000 kann eine andere Ausgabevorrichtung 2010 (oder eine entsprechende Schnittstellenschaltungsanordnung, wie oben besprochen) beinhalten. Beispiele für die andere Ausgabevorrichtung 2010 können einen Audio-Codec, einen Video-Codec, einen Drucker, einen drahtgebundenen oder drahtlosen Sender zum Liefern von Informationen an andere Vorrichtungen oder eine zusätzliche Speicherungsvorrichtung beinhalten.
  • Die Quantenrechenvorrichtung 2000 kann eine andere Eingabevorrichtung 2020 (oder eine entsprechende Schnittstellenschaltungsanordnung, wie oben besprochen) beinhalten. Beispiele für die andere Eingabevorrichtung 2020 können einen Beschleunigungsmesser, ein Gyroskop, einen Kompass, eine Bilderfassungsvorrichtung, eine Tastatur, eine Cursorsteuervorrichtung, wie etwa eine Maus, einen Stift, ein Berührungsfeld, ein Strichcodelesegerät, ein QR-Codelesegerät (QR: Quick Response), einen beliebigen Sensor oder ein RFID-Lesegerät (RFID: Radio Frequency Identification) beinhalten.
  • Die Quantenrechenvorrichtung 2000, oder eine Teilmenge ihrer Komponenten, kann einen geeigneten Formfaktor aufweisen, wie etwa eine Handheld- oder Mobilrechenvorrichtung (z. B. ein Mobiltelefon, ein Smartphone, eine mobile Internetvorrichtung, ein Musikabspielgerät, einen Tablet-Computer, einen Laptop-Computer, einen Netbook-Computer, einen Ultrabook-Computer, einen persönlichen digitalen Assistenten (PDA), einen ultramobilen Personal-Computer usw.), eine Desktop-Rechenvorrichtung, einen Server oder eine andere vernetzte Rechenkomponente, einen Drucker, einen Scanner, einen Monitor, eine Set-Top-Box, eine Unterhaltungssteuereinheit, eine Fahrzeugsteuereinheit, eine Digitalkamera, einen digitalen Videorekorder oder eine Wearable-Rechenvorrichtung.
  • Die folgenden Absätze stellen verschiedene Beispiele der hier offenbarten Ausführungsformen bereit.
  • Beispiel 1 ist eine Quantenpunktvorrichtung, die Folgendes beinhaltet: einen Quantentopfstapel; eine Schicht eines Gate-Dielektrikums oberhalb des Quantentopfstapels; ein erstes Gate-Metall und ein zweites Gate-Metall oberhalb der Schicht des Gate-Dielektrikums; und eine Gate-Wand zwischen dem ersten Gate-Metall und dem zweiten Gate-Metall, wobei sich die Gate-Wand oberhalb der Schicht des Gate-Dielektrikums befindet und die Gate-Wand ein erstes dielektrisches Material und ein von dem ersten dielektrischen Material verschiedenes zweites dielektrisches Material beinhaltet.
  • Beispiel 2 kann den Gegenstand aus Beispiel 1 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass das zweite dielektrische Material Siliciumnitrid beinhaltet.
  • Beispiel 3 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 1-2 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass das erste dielektrische Material ein Ätzstoppmaterial ist.
  • Beispiel 4 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 1-3 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass das erste dielektrische Material Siliciumcarbid beinhaltet.
  • Beispiel 5 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 1-3 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass das erste dielektrische Material Siliciumnitrid beinhaltet.
  • Beispiel 6 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 1-5 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass das zweite dielektrische Material ein Abstandshalter ist.
  • Beispiel 7 kann den Gegenstand aus Beispiel 6 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass sich das erste dielektrische Material zwischen dem zweiten dielektrischen Material und der Schicht des Gate-Dielektrikums befindet.
  • Beispiel 8 kann den Gegenstand aus Beispiel 7 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass eine Dicke des ersten dielektrischen Materials zwischen 3 Nanometer und 8 Nanometer beträgt.
  • Beispiel 9 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 1-5 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass sich das erste dielektrische Material zwischen dem zweiten dielektrischen Material und der Schicht des Gate-Dielektrikums befindet.
  • Beispiel 10 kann den Gegenstand aus Beispiel 9 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass eine Dicke des ersten dielektrischen Materials zwischen 3 Nanometer und 8 Nanometer beträgt.
  • Beispiel 11 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 1-5 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass sich das erste Gate-Metall in Kontakt mit dem ersten dielektrischen Material und dem zweiten dielektrischen Material befindet und sich das zweite Gate-Metall in Kontakt mit dem ersten dielektrischen Material und dem zweiten dielektrischen Material befindet.
  • Beispiel 12 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 1-11 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass die Schicht des Gate-Dielektrikums eine Dicke zwischen 3 Nanometer und 20 Nanometer aufweist.
  • Beispiel 13 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 1-12 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass die Schicht des Gate-Dielektrikums Siliciumoxid beinhaltet.
  • Beispiel 14 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 1-13 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass der Quantentopfstapel eine Quantentopfschicht beinhaltet und die Quantentopfschicht ein hinsichtlich Isotopen gereinigtes Material beinhaltet.
  • Beispiel 15 kann den Gegenstand aus Beispiel 14 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass das hinsichtlich Isotopen gereinigte Material Silicium beinhaltet.
  • Beispiel 16 kann den Gegenstand aus Beispiel 15 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass das Silicium 29Si mit einem Anteil von weniger als 4 Atomprozent beinhaltet.
  • Beispiel 17 kann den Gegenstand aus Beispiel 14 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass sich die Schicht des Gate-Dielektrikums auf der Quantentopfschicht befindet.
  • Beispiel 18 kann den Gegenstand aus Beispiel 14 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass die Schicht des Gate-Dielektrikums hinsichtlich Isotopen gereinigtes Siliciumoxid beinhaltet.
  • Beispiel 19 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 1-18 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass die Schicht des Gate-Dielektrikums eine Vertiefung beinhaltet und sich das erste Gate-Metall wenigstens teilweise in der Vertiefung befindet.
  • Beispiel 20 kann den Gegenstand aus Beispiel 19 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass die Vertiefung eine Tiefe zwischen 5 Angström und 3 Nanometer aufweist.
  • Beispiel 21 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 1-20 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass der Quantentopfstapel wenigstens teilweise in einer Finne enthalten ist.
  • Beispiel 22 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 1-20 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass das erste Gate-Metall und das zweite Gate-Metall wenigstens teilweise in einem Graben in einem Isolationsmaterial oberhalb des Quantentopfstapels angeordnet sind.
  • Beispiel 23 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Quantenpunktvorrichtung, das Folgendes beinhaltet: Liefern elektrischer Signale an ein oder mehrere erste Gates oberhalb eines Quantentopfstapels als Teil des Bewirkens, dass sich ein erster Quantentopf in einer Quantentopfschicht in dem Quantentopfstapel ausbildet; Liefern elektrischer Signale an ein oder mehrere zweite Gates oberhalb des Quantentopfstapels als Teil des Bewirkens, dass sich ein zweiter Quantentopf in der Quantentopfschicht in dem Quantentopfstapel ausbildet; und Liefern elektrischer Signale an ein oder mehrere dritte Gates oberhalb des Quantentopfstapels, um (1) zu bewirken, dass sich ein dritter Quantentopf in der Quantentopfschicht in dem Quantentopfstapel ausbildet, oder (2) eine Potentialbarriere zwischen dem ersten Quantentopf und dem zweiten Quantentopf bereitzustellen; wobei die ersten, zweiten und dritten Gates jeweils ein Gate-Metall beinhalten, das sich oberhalb einer Schicht eines Gate-Dielektrikums befindet, wobei wenigstens zwei der ersten, zweiten oder dritten Gates eine Gate-Wand zwischen ihnen aufweisen, wobei die Gate-Wand ein erstes dielektrisches Material und ein zweites dielektrisches Material beinhaltet und wobei sich das erste dielektrische Material wenigstens teilweise zwischen dem zweiten dielektrischen Material und der Schicht des Gate-Dielektrikums befindet.
  • Beispiel 24 kann den Gegenstand aus Beispiel 23 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass die Schicht des Gate-Dielektrikums ein hinsichtlich Isotopen gereinigtes Material beinhaltet.
  • Beispiel 25 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 23-24 beinhalten und kann ferner Folgendes beinhalten: Besetzen des ersten Quantentopfes mit einem Quantenpunkt.
  • Beispiel 26 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Quantenpunktvorrichtung, das Folgendes beinhaltet: Bilden eines Quantentopfstapels; Bilden einer Schicht eines Gate-Dielektrikums oberhalb des Quantentopfstapels; Bilden einer Schicht eines Abschirmungsdielektrikums auf der Schicht des Gate-Dielektrikums; Abscheiden eines Dummy-Materials oberhalb der Schicht des Abschirmungsdielektrikums; Strukturieren des Dummy-Materials zu Dummy-Gate-MetallTeilen; und Bilden von Abstandshaltern auf Seitenwänden der Dummy-Gate-Metall-Teile, wobei sich die Abstandshalter auf der Schicht des Abschirmungsdielektrikums befinden.
  • Beispiel 27 kann den Gegenstand aus Beispiel 26 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass das Dummy-Material ein erstes Dummy-Material ist, und das Verfahren beinhaltet ferner Folgendes: Abscheiden eines zweiten Dummy-Materials zwischen den Abstandshaltern; Entfernen des ersten Dummy-Materials nach dem Abscheiden des zweiten Dummy-Materials; Entfernen freiliegender Teile der Schicht des Abschirmungsdielektrikums nach dem Entfernen des ersten Dummy-Materials; und Abschieden eines Gate-Metalls nach dem Entfernen der freiliegenden Teile des Abschirmungsdielektrikums.
  • Beispiel 28 kann den Gegenstand aus Beispiel 27 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass die freiliegenden Teile erste freiliegende Teile sind, das Gate-Metall ein erstes Gate-Metall ist und das Verfahren ferner Folgendes beinhaltet: Entfernen des zweiten Dummy-Materials nach dem Abscheiden des ersten Gate-Metalls; Entfernen zweiter freiliegender Teile der Schicht des Abschirmungsdielektrikums nach dem Entfernen des zweiten Dummy-Materials; und Abscheiden eines zweiten Gate-Metalls nach dem Entfernen der zweiten freiliegenden Teile der Schicht des Gate-Dielektrikums.
  • Beispiel 29 kann den Gegenstand aus Beispiel 27 beinhalten und kann ferner Folgendes beinhalten: Bilden von Vertiefungen in der Schicht des Gate-Dielektrikums bei Stellen, die den Stellen der freiliegenden Teile der Schicht des Abschirmungsdielektrikums entsprechen; wobei sich das Gate-Metall wenigstens teilweise in den Vertiefungen befindet.
  • Beispiel 30 kann den Gegenstand aus Beispiel 26 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass die Schicht des Abschirmungsdielektrikums Siliciumcarbid oder Siliciumnitrid beinhaltet.
  • Beispiel 31 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 26-30 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass die Schicht des Gate-Dielektrikums ein hinsichtlich Isotopen gereinigtes Material beinhaltet.
  • Beispiel 32 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 26-31 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass die Abstandshalter Siliciumnitrid beinhalten.
  • Beispiel 33 ist eine Quantenrechenvorrichtung, die Folgendes beinhaltet: eine Quantenverarbeitungsvorrichtung, wobei die Quantenverarbeitungsvorrichtung einen Quantentopfstapel beinhaltet, wobei die Quantenverarbeitungsvorrichtung ferner mehrere Gates oberhalb des Quantentopfstapels zum Steuern einer Quantenpunktausbildung in dem Quantentopfstapel, eine Schicht eines Gate-Dielektrikums, die von wenigstens zwei Gates der mehreren Gates geteilt wird, eine Gate-Wand auf der Schicht des Gate-Dielektrikums zwischen wenigstens zwei Gates beinhaltet, wobei die Gate-Wand ein erstes dielektrisches Material und ein von dem ersten dielektrischen Material verschiedenes zweites dielektrisches Material beinhaltet; und eine nichtquantenbasierte Verarbeitungsvorrichtung, die mit der Quantenverarbeitungsvorrichtung gekoppelt ist, zum Steuern von Spannungen, die an die mehreren Gates angelegt werden.
  • Beispiel 34 kann den Gegenstand aus Beispiel 33 beinhalten und kann ferner Folgendes beinhalten: eine Speichervorrichtung zum Speichern von Daten, die durch Quantenpunkte erzeugt werden, die in dem Quantentopfstapel während eines Betriebs der Quantenverarbeitungsvorrichtung ausgebildet werden.
  • Beispiel 35 kann den Gegenstand aus Beispiel 34 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass die Speichervorrichtung zum Speichern von Befehlen für einen Quantenberechnungsalgorithmus ausgelegt ist, der durch die Quantenverarbeitungsvorrichtung auszuführen ist.
  • Beispiel 36 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 33-35 beinhalten und kann ferner Folgendes beinhalten: eine Kühleinrichtung, um eine Temperatur der Quantenverarbeitungsvorrichtung auf unterhalb von 5 Kelvin zu halten.
  • Beispiel 37 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 33-36 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass sich das erste dielektrische Material zwischen dem zweiten dielektrischen Material und der Schicht des Gate-Dielektrikums befindet.
  • Beispiel 38 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 33-37 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass die Schicht des Gate-Dielektrikums ein hinsichtlich Isotopen gereinigtes Material beinhaltet.
  • Beispiel 39 ist eine Quantenpunktvorrichtung, die Folgendes beinhaltet: einen Quantentopfstapel; eine Schicht eines Gate-Dielektrikums oberhalb des Quantentopfstapels; ein erstes Gate-Metall und ein zweites Gate-Metall oberhalb der Schicht des Gate-Dielektrikums; und eine Gate-Wand zwischen dem ersten Gate-Metall und dem zweiten Gate-Metall; wobei die Schicht des Gate-Dielektrikums eine Vertiefung beinhaltet und sich das erste Gate-Metall wenigstens teilweise in der Vertiefung befindet.
  • Beispiel 40 kann den Gegenstand aus Beispiel 39 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass die Vertiefung eine Tiefe zwischen 5 Angström und 3 Nanometer aufweist.
  • Beispiel 41 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 39-40 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass die Gate-Wand einen Abstandshalter beinhaltet.
  • Beispiel 42 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 39-41 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass die Gate-Wand Siliciumnitrid beinhaltet.
  • Beispiel 43 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 39-42 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass die Schicht des Gate-Dielektrikums eine Dicke zwischen 3 Nanometer und 20 Nanometer aufweist.
  • Beispiel 44 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 39-43 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass die Schicht des Gate-Dielektrikums Siliciumoxid beinhaltet.
  • Beispiel 45 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 39-44 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass der Quantentopfstapel eine Quantentopfschicht beinhaltet und die Quantentopfschicht ein hinsichtlich Isotopen gereinigtes Material beinhaltet.
  • Beispiel 46 kann den Gegenstand aus Beispiel 45 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass das hinsichtlich Isotopen gereinigte Material Silicium beinhaltet.
  • Beispiel 47 kann den Gegenstand aus Beispiel 46 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass das Silicium 29Si mit einem Anteil von weniger als 4 Atomprozent beinhaltet.
  • Beispiel 48 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 45-47 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass sich die Schicht des Gate-Dielektrikums auf der Quantentopfschicht befindet.
  • Beispiel 49 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 45-47 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass die Schicht des Gate-Dielektrikums hinsichtlich Isotopen gereinigtes Siliciumoxid beinhaltet.
  • Beispiel 50 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 39-49 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass der Quantentopfstapel wenigstens teilweise in einer Finne enthalten ist.
  • Beispiel 51 kann den Gegenstand aus einem der Beispiele 39-49 beinhalten und kann ferner spezifizieren, dass das erste Gate-Metall und das zweite Gate-Metall wenigstens teilweise in einem Graben in einem Isolationsmaterial oberhalb des Quantentopfstapels angeordnet sind.

Claims (25)

  1. Quantenpunktvorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Quantentopfstapel; eine Schicht eines Gate-Dielektrikums oberhalb des Quantentopfstapels; ein erstes Gate-Metall und ein zweites Gate-Metall oberhalb der Schicht des Gate-Dielektrikums; und eine Gate-Wand zwischen dem ersten Gate-Metall und dem zweiten Gate-Metall, wobei sich die Gate-Wand oberhalb der Schicht des Gate-Dielektrikums befindet und die Gate-Wand ein erstes dielektrisches Material und ein von dem ersten dielektrischen Material verschiedenes zweites dielektrisches Material beinhaltet.
  2. Quantenpunktvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite dielektrische Material Siliciumnitrid beinhaltet.
  3. Quantenpunktvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste dielektrische Material Siliciumcarbid beinhaltet.
  4. Quantenpunktvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste dielektrische Material Siliciumnitrid beinhaltet.
  5. Quantenpunktvorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich das erste dielektrische Material zwischen dem zweiten dielektrischen Material und der Schicht des Gate-Dielektrikums befindet.
  6. Quantenpunktvorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich das erste dielektrische Material zwischen dem zweiten dielektrischen Material und der Schicht des Gate-Dielektrikums befindet.
  7. Quantenpunktvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, wobei sich das erste Gate-Metall in Kontakt mit dem ersten dielektrischen Material und dem zweiten dielektrischen Material befindet und sich das zweite Gate-Metall in Kontakt mit dem ersten dielektrischen Material und dem zweiten dielektrischen Material befindet.
  8. Quantenpunktvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, wobei die Schicht des Gate-Dielektrikums Siliciumoxid beinhaltet.
  9. Quantenpunktvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, wobei der Quantentopfstapel eine Quantentopfschicht beinhaltet und die Quantentopfschicht ein hinsichtlich Isotopen gereinigtes Material beinhaltet.
  10. Quantenpunktvorrichtung nach Anspruch 9, wobei das hinsichtlich Isotopen gereinigte Material Silicium beinhaltet.
  11. Quantenpunktvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, wobei die Schicht des Gate-Dielektrikums eine Vertiefung beinhaltet und sich das erste Gate-Metall wenigstens teilweise in der Vertiefung befindet.
  12. Quantenpunktvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, wobei der Quantentopfstapel wenigstens teilweise in einer Finne enthalten ist.
  13. Quantenpunktvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, wobei das erste Gate-Metall und das zweite Gate-Metall wenigstens teilweise in einem Graben in einem Isolationsmaterial oberhalb des Quantentopfstapels angeordnet sind.
  14. Verfahren zum Herstellen einer Quantenpunktvorrichtung, das Folgendes beinhaltet: Bilden eines Quantentopfstapels; Bilden einer Schicht eines Gate-Dielektrikums oberhalb des Quantentopfstapels; Bilden einer Schicht eines Abschirmungsdielektrikums auf der Schicht des Gate-Dielektrikums; Abscheiden eines Dummy-Materials oberhalb der Schicht des Abschirmungsdielektrikums; Strukturieren des Dummy-Materials zu Dummy-Gate-MetallTeilen; und Bilden von Abstandshaltern auf Seitenwänden der Dummy-Gate-Metall-Teile, wobei sich die Abstandshalter auf der Schicht des Abschirmungsdielektrikums befinden.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Dummy-Material ein erstes Dummy-Material ist und das Verfahren ferner Folgendes beinhaltet: Abscheiden eines zweiten Dummy-Materials zwischen den Abstandshaltern; Entfernen des ersten Dummy-Materials nach dem Abscheiden des zweiten Dummy-Materials; Entfernen freiliegender Teile der Schicht des Abschirmungsdielektrikums nach dem Entfernen des ersten Dummy-Materials; und Abschieden eines Gate-Metalls nach dem Entfernen der freiliegenden Teile des Abschirmungsdielektrikums.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die freiliegenden Teile erste freiliegende Teile sind, das Gate-Metall ein erstes Gate-Metall ist und das Verfahren ferner Folgendes beinhaltet: Entfernen des zweiten Dummy-Materials nach dem Abscheiden des ersten Gate-Metalls; Entfernen zweiter freiliegender Teile der Schicht des Abschirmungsdielektrikums nach dem Entfernen des zweiten Dummy-Materials; und Abscheiden eines zweiten Gate-Metalls nach dem Entfernen der zweiten freiliegenden Teile der Schicht des Gate-Dielektrikums.
  17. Verfahren nach Anspruch 15, das ferner Folgendes umfasst: Bilden von Vertiefungen in der Schicht des Gate-Dielektrikums bei Stellen, die den Stellen der freiliegenden Teile der Schicht des Abschirmungsdielektrikums entsprechen; wobei sich das Gate-Metall wenigstens teilweise in den Vertiefungen befindet.
  18. Quantenrechenvorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Quantenverarbeitungsvorrichtung, wobei die Quantenverarbeitungsvorrichtung einen Quantentopfstapel beinhaltet, wobei die Quantenverarbeitungsvorrichtung ferner mehrere Gates oberhalb des Quantentopfstapels zum Steuern einer Quantenpunktausbildung in dem Quantentopfstapel, eine Schicht eines Gate-Dielektrikums, die von wenigstens zwei Gates der mehreren Gates geteilt wird, eine Gate-Wand auf der Schicht des Gate-Dielektrikums zwischen wenigstens zwei Gates beinhaltet, wobei die Gate-Wand ein erstes dielektrisches Material und ein von dem ersten dielektrischen Material verschiedenes zweites dielektrisches Material beinhaltet; und eine nichtquantenbasierte Verarbeitungsvorrichtung, die mit der Quantenverarbeitungsvorrichtung gekoppelt ist, zum Steuern von Spannungen, die an die mehreren Gates angelegt werden.
  19. Quantenrechenvorrichtung 18, die ferner Folgendes umfasst: eine Speichervorrichtung zum Speichern von Daten, die durch Quantenpunkte erzeugt werden, die in dem Quantentopfstapel während eines Betriebs der Quantenverarbeitungsvorrichtung ausgebildet werden.
  20. Quantenrechenvorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Speichervorrichtung zum Speichern von Befehlen für einen Quantenberechnungsalgorithmus ausgelegt ist, der durch die Quantenverarbeitungsvorrichtung auszuführen ist.
  21. Quantenpunktvorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Quantentopfstapel; eine Schicht eines Gate-Dielektrikums oberhalb des Quantentopfstapels; ein erstes Gate-Metall und ein zweites Gate-Metall oberhalb der Schicht des Gate-Dielektrikums; und eine Gate-Wand zwischen dem ersten Gate-Metall und dem zweiten Gate-Metall; wobei die Schicht des Gate-Dielektrikums eine Vertiefung beinhaltet und sich das erste Gate-Metall wenigstens teilweise in der Vertiefung befindet.
  22. Quantenpunktvorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Vertiefung eine Tiefe zwischen 5 Angström und 3 Nanometer aufweist.
  23. Quantenpunktvorrichtung nach einem der Ansprüche 21-22, wobei die Gate-Wand einen Abstandshalter beinhaltet.
  24. Quantenpunktvorrichtung nach einem der Ansprüche 21-22, wobei die Gate-Wand Siliciumnitrid beinhaltet.
  25. Quantenpunktvorrichtung nach einem der Ansprüche 21-22, wobei die Schicht des Gate-Dielektrikums eine Dicke zwischen 3 Nanometer und 20 Nanometer aufweist.
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