DE102019205183A1 - Method of making an ion trap - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Herstellen einer dreidimensionalen Ionenfalle (10) mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines ersten Substrats (20) und eines zweiten Substrats (22), Bilden eines Isolationsbereichs (34, 36) auf einer ersten Oberfläche mindestens eines der Substrate (20, 22), Aufbringen und Strukturieren einer Metallisierung (38) auf beiden Substraten (20, 22), Ausbilden von Bondflächen auf einander zugewandten Seiten der Substrate (20, 22), Ausbilden einer durchgängigen Ausnehmung in dem mindestens einen Substrat (20, 22), auf dem der Isolationsbereich (34, 36) gebildet ist, Entfernen des Isolationsbereichs (34, 36) im Bereich der Ausnehmung des mindestens einen Substrats (20, 22), auf dem der Isolationsbereich (34, 36) gebildet ist, Verbinden der beiden Substrate (20, 22) durch einen Bondprozess.A method for producing a three-dimensional ion trap (10) with the following steps: providing a first substrate (20) and a second substrate (22), forming an isolation region (34, 36) on a first surface of at least one of the substrates (20, 22) , Applying and structuring a metallization (38) on both substrates (20, 22), forming bonding areas on mutually facing sides of the substrates (20, 22), forming a continuous recess in the at least one substrate (20, 22) on which the isolation area (34, 36) is formed, removal of the isolation area (34, 36) in the area of the recess of the at least one substrate (20, 22) on which the isolation area (34, 36) is formed, connection of the two substrates (20 , 22) through a bonding process.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Ionenfalle und eine solche Ionenfalle, insbesondere eine dreidimensionale Ionenfalle.The invention relates to a method for producing an ion trap and to such an ion trap, in particular a three-dimensional ion trap.
Stand der TechnikState of the art
In einer Ionenfalle werden Ionen als elektrisch geladene Atome oder Moleküle mittels elektrischer und magnetischer Felder festgehalten. Abhängig von Art und Stärke der einwirkenden Felder kann man gezielt Ionen einer bestimmten Masse gefangen halten. Alternativ kann man sämtliche Ionen in der Falle vorrätig halten und durch Veränderung der Felder Ionen einer bestimmter Masse entnehmen und so den lonenvorrat gezielt massenaufgetrennt abtasten bzw. scannen.In an ion trap, ions are held as electrically charged atoms or molecules by means of electric and magnetic fields. Depending on the type and strength of the acting fields, ions of a certain mass can be specifically trapped. Alternatively, all ions can be kept in the trap and ions of a certain mass can be removed by changing the fields and thus the ion supply can be scanned or scanned in a targeted manner, separated by mass.
Zur Herstellung einer solchen Ionenfalle werden mikromechanische Prozesse, wie diese bei MEMS (Microelectromechanical Systems) zum Einsatz kommen, verwendet. Zu beachten ist, dass mikromechanische Prozesse eine Schlüsseltechnologie sind, um skalierbare Plattformen, insbesondere Qubit-Plattformen, auf der Basis von lonenfallen darzustellen. Ein Qubit, auch Quantenbit, ist ein beliebig manipulierbares Zweizustands-Quantensystem und somit ein System, das durch die Quantenmechanik korrekt beschrieben werden und nur zwei unterscheidbare Zustände aufweisen kann. In der Quanteninformatik spielen Qubits die analoge Rolle zum klassischen Bit bei herkömmlichen Computern.Micromechanical processes such as those used in MEMS (Microelectromechanical Systems) are used to produce such an ion trap. It should be noted that micromechanical processes are a key technology in order to represent scalable platforms, in particular qubit platforms, on the basis of ion traps. A qubit, also known as a quantum bit, is a two-state quantum system that can be manipulated at will and thus a system that can be correctly described by quantum mechanics and can only have two distinguishable states. In quantum computing, qubits play the same role as the classic bit in conventional computers.
Die parallele Ausrichtung der Elektroden durch Lithographie und Waferbondverfahren ist mit sehr geringen Toleranzen möglich. Herkömmliche, einfach herzustellende zweidimensionale lonenfallen haben den Nachteil, dass die erreichbaren Einschlussenergien im Bereich der thermischen Energie bei Raumtemperatur liegen und deutlich geringer als bei dreidimensionalen lonenfallen sind. Insbesondere stellen dreidimensionale lonenfallen die beste Möglichkeit zur Realisierung von bei Raumtemperatur funktionierenden Quantencomputern dar.The parallel alignment of the electrodes using lithography and wafer bonding processes is possible with very low tolerances. Conventional two-dimensional ion traps that are easy to manufacture have the disadvantage that the achievable containment energies are in the range of thermal energy at room temperature and are significantly lower than with three-dimensional ion traps. In particular, three-dimensional ion traps are the best option for realizing quantum computers that work at room temperature.
Zum Einschluss der Ionen werden bevorzugt lonenfallen nach dem Paulschen Fallenprinzip eingesetzt, bei denen ein elektrostatisches Feld in Kombination mit einem HF-Wechselfeld für einen Potenzialeinschluss der Ionen sorgt.To confine the ions, ion traps based on the Paul trap principle are preferably used, in which an electrostatic field in combination with an HF alternating field ensures that the ions are contained in potential.
Für die Herstellung der dreidimensionalen lonenfallen mit mikromechanischen Prozessen ist auf der einen Seite eine einfache Strukturierbarkeit des Substrats von Vorteil, weshalb bevorzugt auch auf Halbleitersubstrate, bspw. aus Silizium, zurückgegriffen wird. Auf der anderen Seite darf die HF-Welle nicht im Substrat absorbiert werden, weshalb isolierende keramische Substrate verwenden werden. Keramische Substrate sind jedoch sehr schwer zu strukturieren und können sich oberflächlich aufladen, zumal für die Manipulation der Quantenzustände der Ionen in der Regel hochenergetisches Licht eingestrahlt wird. Streuladungen können jedoch zu unerwünschten Wechselwirkungen mit den in der Falle gespeicherten Ionen führen. Aus diesem Grund wird eine höhere Leitfähigkeit der Fallenwände angestrebt.For the production of the three-dimensional ion traps with micromechanical processes, on the one hand, simple structuring of the substrate is advantageous, which is why semiconductor substrates, for example made of silicon, are preferably used. On the other hand, the RF wave must not be absorbed in the substrate, which is why insulating ceramic substrates are used. Ceramic substrates, however, are very difficult to structure and can become superficially charged, especially since high-energy light is usually radiated in to manipulate the quantum states of the ions. However, stray charges can lead to undesirable interactions with the ions stored in the trap. For this reason, a higher conductivity of the trap walls is sought.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anordnung nach Anspruch 9 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.Against this background, a method according to claim 1 and an arrangement according to claim 9 are presented. Embodiments emerge from the dependent claims and from the description.
Das beschriebene Verfahren dient zum Herstellen einer Ionenfalle, insbesondere einer dreidimensionalen Ionenfalle, und sieht vor, dass die Ionenfalle basierend auf mindestens zwei Substraten, in Ausführungen auf zwei Substraten, in einem mehrstufigen Prozess aufgebaut wird.The method described serves to produce an ion trap, in particular a three-dimensional ion trap, and provides that the ion trap is built up in a multi-stage process based on at least two substrates, in embodiments on two substrates.
Das vorgestellte Verfahren kann folgende Schritte umfassen:
- - Bereitstellen zweier Substrate,
- - Bilden eines Isolationsbereichs zumindest auf einer ersten Oberfläche des ersten und/oder zweiten Substrats,
- - Aufbringen und Strukturieren einer Metallisierung auf beiden Substraten,
- - Ausbilden von Bondflächen auf den später einander zugewandten Seiten der Substrate,
- - Ausbilden einer durchgängigen Ausnehmung in dem mindestens einen Substrat, auf dem bzw. auf denen der Isolationsbereich gebildet ist, und gegebenenfalls einer weiteren Ausnehmung,
- - Entfernen des Isolationsbereichs im Bereich der Ausnehmung des mindestens einen Substrats, auf dem bzw. auf denen der Isolationsbereich gebildet ist,
- - Verbinden der beiden Substrate durch einen Bondprozess,
- - Freilegen der verdeckten Bondpads auf dem zweiten Substrat.
- - providing two substrates,
- - Forming an isolation region at least on a first surface of the first and / or second substrate,
- - Application and structuring of a metallization on both substrates,
- - Formation of bonding surfaces on the later facing sides of the substrates,
- - Forming a continuous recess in the at least one substrate on which or on which the insulation area is formed, and optionally a further recess,
- Removal of the insulation area in the area of the recess of the at least one substrate on which the insulation area is formed,
- - connecting the two substrates by a bonding process,
- - Exposing the covered bond pads on the second substrate.
Zu beachten ist, dass das Aufbringen der Metallisierung in mehreren Lagen erfolgen kann.It should be noted that the metallization can be applied in several layers.
Der Isolationsbereich unterhalb der Leiterbahnen wird von dielektrischen Seitenwänden einer Deckschicht und Hohlräumen gebildet.The insulation area below the conductor tracks is formed by dielectric side walls of a cover layer and cavities.
Die vorgestellte dreidimensionale Ionenfalle, die insbesondere durch ein Verfahren der hierin vorgestellten Art hergestellt wird, ermöglicht die Darstellung qualitativ hochwertiger dreidimensionaler lonenfallen. Die lonenfallenarchitektur ermöglicht dabei eine geringe HF-Absorption bei höherer Leitfähigkeit der Fallenwände und einfacher Strukturierbarkeit des Substrats.The three-dimensional ion trap presented, which is produced in particular by a method of the type presented here, enables high-quality three-dimensional ion traps to be displayed. The ion trap architecture enables a low HF absorption with higher conductivity of the trap walls and easier structuring of the substrate.
Das vorgestellte dreidimensionale lonenfallenbauelement umfasst in Ausgestaltung:
- - mindestens zwei übereinander angeordnete Substrate, von denen mindestens eines im Wesentlichen leitfähig ist,
- - auf beiden Substraten Elektroden,
- - eine im ersten leitfähigen Substrat ausgebildete durchgängige Substratausnehmung mit leitfähigen Seitenwänden, wobei die Elektroden die Substratausnehmung überragen und wobei zwischen Elektroden-Metallisierung und leitfähigem Substrat abschnittsweise ein Isolationsbereich wenigstens im Bereich der Leiterbahnen angeordnet ist.
- - at least two substrates arranged one above the other, at least one of which is essentially conductive,
- - electrodes on both substrates,
- - A continuous substrate recess formed in the first conductive substrate with conductive side walls, the electrodes projecting beyond the substrate recess and an insulation area being arranged in sections between the electrode metallization and the conductive substrate, at least in the area of the conductor tracks.
Der Isolationsbereich kann eine Dicke von 5 bis 100 µm, in Ausgestaltung 20 bis 100 µm, aufweisen. Der Isolationsbereich kann zudem von einer Brückenstruktur aus Pfeilern bzw. Stützwänden und einer Deckschicht über einen Hohlraum gebildet sein. Dieser Isolationsbereich wird alternativ von einer porösen Struktur gebildet. Das Material des Isolationsbereichs kann ein Oxid, z. B. ein SiO2, sein.The insulation area can have a thickness of 5 to 100 μm, in an
Beide Substrate können eine Substratausnehmung aufweisen, wobei die Ausnehmungen sich in einer Projektion längs einer Achse senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung der Substrate zumindest teilweise überlappen.Both substrates can have a substrate recess, the recesses at least partially overlapping in a projection along an axis perpendicular to a main direction of extent of the substrates.
Das erste Substrat kann einen weiteren Ausnehmungsbereich im direkten Anschluss an den Ausnehmungsbereich auf der dem zweiten Substrat zugewandten Oberfläche aufweisen.The first substrate can have a further recess area directly adjoining the recess area on the surface facing the second substrate.
Die Substrate weisen in einem peripheren Bereich den aufeinander zugewandten Oberflächen Bondverbindungsflächen auf, die bspw. aus Au/Si, Au/Ge, Au/In oder Au/Au bestehen.In a peripheral region of the surfaces facing one another, the substrates have bonding connection areas which consist, for example, of Au / Si, Au / Ge, Au / In or Au / Au.
Das erste Substrat kann aus Silizium bestehen, z. B. aus hochdotiertem und damit leitfähigem Silizium. Das zweite Substrat kann leitfähig, bspw. aus hochdotiertem Silizium, oder isolierend, z. B. aus Glas, sein.The first substrate can be made of silicon, e.g. B. made of highly doped and thus conductive silicon. The second substrate can be conductive, for example made of highly doped silicon, or insulating, e.g. B. made of glass.
Die Elektrodenmetallisierung kann aus Au oder Pt gebildet sein und kann eine Haftvermittlerschicht aus Ti, TiW, Cr zumindest im Bereich der Zuleitungen auf dem Isolationsbereich aufweisen. Weiterhin kann die Elektrodenmetallisierung aus mehreren Lagen Au bzw. Pt und dünnen Zwischenlagen aus einem weiteren leitfähigen Material bestehen, wie bspw. Ti/Au/Ti/Au/Ti/Au im Isolationsbereich und Au/Ti/Au/Ti/Au im Ausnehmungsbereich.The electrode metallization can be formed from Au or Pt and can have an adhesion promoter layer made from Ti, TiW, Cr at least in the area of the supply lines on the insulation area. Furthermore, the electrode metallization can consist of several layers of Au or Pt and thin intermediate layers of a further conductive material, such as, for example, Ti / Au / Ti / Au / Ti / Au in the insulation area and Au / Ti / Au / Ti / Au in the recess area.
Darüber hinaus kann die dreidimensionale Ionenfalle bzw. das dreidimensionale lonenfallenbauelement ein drittes Substrat mit einer dritten Lage Elektroden auf einem dritten Substrat umfassen. Das zweite Substrat überragt in Ausgestaltung das erste Substrat in wenigstens einer Haupterstreckungsrichtung, wobei auf dem zweiten Substrat Kontaktierungsbereiche für die Elektroden vorgesehen sein können.In addition, the three-dimensional ion trap or the three-dimensional ion trap component can comprise a third substrate with a third layer of electrodes on a third substrate. In one embodiment, the second substrate projects beyond the first substrate in at least one main direction of extent, it being possible for contact regions for the electrodes to be provided on the second substrate.
Das dritte Substrat kann entsprechend dem zweiten Substrat oder mit im Wesentlichen denselben Verfahrensschritten wie das zweite Substrat gebildet werden.The third substrate can be formed corresponding to the second substrate or with essentially the same method steps as the second substrate.
Die Elektroden können die Substratausnehmung um mindestens 10 µm überragen, bspw. um etwa den Abstand der Ionen zu den DC- und HF-Elektroden. Die Seitenwände der Substratausnehmung können mit einem weiteren leitfähigen Material, bspw. einem Edelmetall, zumindest teilweise überzogen sein.The electrodes can protrude from the substrate recess by at least 10 µm, for example by about the distance between the ions and the DC and HF electrodes. The side walls of the substrate recess can be at least partially coated with a further conductive material, for example a noble metal.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.Further advantages and configurations of the invention emerge from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
FigurenlisteFigure list
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Schnitt durch eine Ausführung der vorgestellten dreidimensionalen Ionenfalle.1 shows a schematic representation of a section through an embodiment of the three-dimensional ion trap presented. -
2 zeigt die dreidimensionale Ionenfalle aus1 in einer Draufsicht.2 shows the three-dimensional ion trap1 in a top view. -
3 zeigt eine weitere Ausführung der vorgestellten Ionenfalle.3 shows a further embodiment of the ion trap presented. -
4 zeigt noch eine weitere Ausführungsform der Ionenfalle.4th Figure 3 shows yet another embodiment of the ion trap. -
5 zeigt das Bereitstellen zweier Substrate.5 shows the provision of two substrates. -
6 zeigt das Aufbringen und Strukturieren einer Metallisierung.6th shows the application and structuring of a metallization. -
7 zeigt das Ausbilden von Bondflächen.7th shows the formation of bond pads. -
8 zeigt das Ausbilden einer durchgängigen Ausnehmung zumindest in einem ersten Substrat.8th shows the formation of a continuous recess at least in a first substrate. -
9 das Entfernen des Isolationsbereichs zumindest im Bereich der Ausnehmung des ersten Substrats.9 removing the insulation region at least in the region of the recess in the first substrate. -
10 zeigt das Verbinden der beiden Substrate durch einen Bondprozess.10 shows the connection of the two substrates by a bonding process. -
11 verdeutlicht das Freilegen der verdeckten Bondpads auf dem zweiten Substrat.11 illustrates the uncovering of the covered bond pads on the second substrate. -
12 zeigt in einer Detaildarstellung den Isolationsbereich.12 shows the isolation area in a detailed representation.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is shown schematically on the basis of embodiments in the drawings and is described in detail below with reference to the drawings.
Die dargestellte Ionenfalle
Die dargestellte Ionenfalle
Bei dieser Ausführung sind somit drei Substrate
Die nachfolgenden Figuren verdeutlichen in einem Prozessfluss, jeweils in schematischem Querschnitt, die Herstellung von Ausführungsformen der vorgestellten dreidimensionalen Ionenfalle.The following figures illustrate in a process flow, each in a schematic cross section, the production of embodiments of the three-dimensional ion trap presented.
- - Trenchätzen der Pfeiler bzw. Stützwände (Bezugsziffer
400 ), - - Verfüllen mit einem Verfüllmaterial, z. B. Oxid, (Bezugsziffer
402 ) - - Öffnen eines Opferschichtätzzugangs + Opferschichtätzen von Substratmaterial, z. B. mit XeF2, (Bezugsziffer
404 ), - - optional Verschließen mit einer Deckschicht, z. B. Oxid. (Bezugsziffer
406 ).
- - Trench etching of the pillars or retaining walls (reference number
400 ), - - Backfilling with a backfill material, e.g. B. Oxide, (ref
402 ) - - Opening a sacrificial layer etching access + sacrificial layer etching of substrate material, e.g. B. with XeF2, (reference number
404 ), - - optionally closing with a top layer, e.g. B. Oxide. (Reference number
406 ).
Zu berücksichtigen ist, dass die Paulschen lonenfallen in einer ersten Realisierungsform eine gekreuzte Quadrupolanordnung von DC- und HF-Elektroden erfordern. Diese Anordnung wird bei dem beschriebenen Verfahren durch das Anordnen von zwei Substraten mit einer Ausnehmung erreicht. Durch die Ausnehmung wird einerseits ein Einschlussvolumen für die Ionen gebildet und andererseits ein Zugang sowohl für die Ionen als auch für das für die Manipulation der Qubits notwendige Licht bereitgestellt.It must be taken into account that the Paulian ion traps in a first embodiment require a crossed quadrupole arrangement of DC and HF electrodes. In the method described, this arrangement is achieved by arranging two substrates with a recess. The recess forms, on the one hand, an enclosure volume for the ions and, on the other hand, provides access both for the ions and for the light necessary for manipulating the qubits.
Es kann dabei von Vorteil sein, wenn das die Seitenwände der Ionenfalle bildende Substrat leitfähig ausgebildet ist. Dadurch lassen sich ungewollte Aufladungen an den Seitenwänden vermeiden. Die durchgängige Ausnehmung ist erforderlich, um eine Beladungsmöglichkeit der Falle mit Ionen zu ermöglichen, ein Einschlussvolumen bereitzustellen und einen optischen Zugang für das Licht zur Manipulation zu schaffen. Die Elektoden überragen die Substratausnehmung vorteilhaft, damit die elektrischen bzw. elektromagnetischen Felder möglichst gut definiert sind und nicht vom Substrat abgeschirmt werden. Durch das Überragen der Subtratausnehmung duch die Elektroden wird außerdem der Einfluss von möglichen Streuladungen auf den Wänden der Substratausnehmung verringert. Der Isolationsbereich unterhalb der Zuleitungen soll die Absorption bzw. Dämpfung der HF-Welle durch das Substrat unterbinden und einen elektrischen Durchschlag zum Substrat verhindern.It can be of advantage if the substrate forming the side walls of the ion trap is made conductive. In this way, unwanted charges on the side walls can be avoided. The continuous recess is necessary in order to enable the trap to be loaded with ions, to provide an enclosure volume and to create an optical access for the light for manipulation. The electrodes advantageously protrude beyond the substrate recess so that the electrical or electromagnetic fields are defined as well as possible and are not shielded by the substrate. As the electrodes protrude beyond the substrate recess, the influence of possible stray charges on the walls of the substrate recess is also reduced. The insulation area below the supply lines is intended to prevent the absorption or attenuation of the RF wave by the substrate and to prevent electrical breakdown to the substrate.
Der Isolationsbereich weist typischerweise eine Dicke von 5 bis 100 µm, in Ausgestaltung 20 bis 100 µm, auf. Der Isolationsbereich muss einerseits wie zuvor beschrieben elektrischen Anforderungen genügen und andererseits mechanisch stabil bleiben. Es hat sich gezeigt, dass eine Dicke von 5 bis 100 µm einen geeigneten Kompromiss darstellt.The insulation area typically has a thickness of 5 to 100 μm, in an
Zur Realisierung des Isolationsbereichs gibt es mehrere Möglichkeiten: So kann dieser von einer Brückenstruktur aus Pfeilern bzw. Stützwänden und einer Deckschicht über einen Hohlraum oder auch von einer porösen Struktur gebildet sein. Als Material kommt vorzugsweise Oxid, beispielsweise ein SiO2, und/oder ein Nitrid, bspw. ein Si-reiches Nitrid, in Betracht.There are several possibilities for realizing the insulation area: It can be formed by a bridge structure made up of pillars or supporting walls and a cover layer over a cavity or also by a porous structure. An oxide, for example an SiO2, and / or a nitride, for example a Si-rich nitride, is preferably considered as the material.
Beide Substrate können eine Substratausnehmung aufweisen, wobei die Ausnehmungen sich in einer Projektion längs einer Achse senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung der Substrate überlappen. Auf diese Weise existieren zwei Zugänge für Anregungslicht und Ionen. Das erste Substrat kann einen weiteren Ausnehmungsbereich auf der dem zweiten Substrat zugewandten Oberfläche aufweisen. Dieser weitere Ausnehmungsbereich dient zur Isolation des oberen Substrats von den Leiterbahnen des unteren Substrats.Both substrates can have a substrate recess, the recesses overlapping in a projection along an axis perpendicular to a main direction of extent of the substrates. In this way there are two entrances for excitation light and ions. The first substrate can have a further recess area on the surface facing the second substrate. This further recess area serves to isolate the upper substrate from the conductor tracks of the lower substrate.
Die Substrate weisen in einem peripheren Bereich auf den aufeinander zugewandten Oberflächen Bondverbindungsflächen auf, bspw. aus Au/Si, Au/Ge, Au/In oder Au/Au. Dies ermöglicht das Ausrichten und Verbinden der beiden Substrate auf Waferlevel, so dass sich kleine Toleranzen bezüglich Verdrehung und Versatz für die Elektrodenanordnung ergeben.In a peripheral region on the surfaces facing one another, the substrates have bonding connection areas, for example made of Au / Si, Au / Ge, Au / In or Au / Au. This enables the alignment and connection of the two substrates at wafer level, so that small tolerances with regard to rotation and offset result for the electrode arrangement.
Als alternative Ausführungsform kann das zweite Substrat isolierend sein, bspw. aus Glas, Saphir oder ähnlichen Materialien, womit die Isolationsanforderungen automatisch erfüllt werden.As an alternative embodiment, the second substrate can be insulating, for example made of glass, sapphire or similar materials, with which the insulation requirements are automatically met.
Die Elektrodenmetallisierung kann aus Au oder Pt gebildet sein. Bei diesen Metallen kann keine Oxidation auftreten, so dass sich keine lokalisierten Oberflächenladungen bilden können.The electrode metallization can be formed from Au or Pt. No oxidation can occur with these metals, so that no localized surface charges can form.
Die Elektrodenmetallisierung kann weiterhin eine Haftvermittlerschicht aus Ti, TiW, Cr zumindest im Bereich der Zuleitungen auf dem Isolationsbereich aufweisen. Dies verbessert die Haftung der Elektrodenmetallisierung. Um eine Oxidation der Haftvermittlerschicht im Übertragungsbereich der Ausnehmung zu verhindern, wird die Haftvermittlerschicht dort in Ausgestaltung entfernt, bevor die Elektrodenmetallisierung aufgebracht wird.The electrode metallization can furthermore have an adhesion promoter layer made of Ti, TiW, Cr at least in the area of the supply lines on the insulation area. This improves the adhesion of the electrode metallization. In order to prevent oxidation of the adhesion promoter layer in the transfer area of the recess, the adhesion promoter layer is removed there in one embodiment before the electrode metallization is applied.
Die Elektrodenmetallisierung kann aus mehreren Lagen Au bzw. Pt und dünnen Zwischenlagen aus einem weiteren leitfähigen Material bestehen, z.B. Ti/Au/Ti/Au/Ti/Au im Isolationsbereich und Au/Ti/Au/Ti/Au im Ausnehmungsbereich. Durch die Ausbildung der Elektrodenmetallisierung als Multilagenstapel kann einem Schichtstressgradienten entgegengewirkt werden.The electrode metallization can consist of several layers of Au or Pt and thin intermediate layers of another conductive material, e.g. Ti / Au / Ti / Au / Ti / Au in the isolation area and Au / Ti / Au / Ti / Au in the recess area. By designing the electrode metallization as a multilayer stack, a layer stress gradient can be counteracted.
Das dreidimensionale lonenfallenbauelement kann ein drittes Substrat mit einer dritten Lage Elektroden auf einem dritten Substrat umfassen. Dies stellt eine weitere Realisierungsmöglichkeit mit einer Paul-Falle dar, wobei in dieser Konfiguration zwei DC-Kappenelektroden und eine ringförmige HF-Elektrode benötigt werden.The three-dimensional ion trap device can include a third substrate with a third layer of electrodes on a third substrate. This represents a further implementation possibility with a Paul trap, whereby in this configuration two DC cap electrodes and one ring-shaped HF electrode are required.
Das zweite Substrat überragt das erste Substrat in wenigstens einer Haupterstreckungsrichtung, wobei Kontaktierungsbereiche für die Elektroden vorgesehen sind. Auf diese Weise können beide Chips vorteilhaft von einer Seite bspw. mit Drahtbonds kontaktiert werden.The second substrate protrudes beyond the first substrate in at least one main direction of extent, with contact areas being provided for the electrodes. In this way, both chips can advantageously be contacted from one side, for example with wire bonds.
Zur weiteren Verhinderung des Entstehens von Streuladungen auf den Seitenwänden der Substratausnehmung können die Seitenwände mit einer weiteren leitfähigen Schicht, bspw. Au oder Pt, überzogen werden.To further prevent stray charges from occurring on the side walls of the substrate recess, the side walls can be coated with a further conductive layer, for example Au or Pt.
Die vorgestellte Ionenfalle kann für Quantencomputer bzw. Quantensensoren verwendet werden.The ion trap presented can be used for quantum computers or quantum sensors.
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