KR102548005B1 - Method for improving single photon purity of quantum light source - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양자광원의 단광자 순수도 향상 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면은, 집속-이온빔을 사용하여 양자광원의 주변광원에 이온빔을 조사하는 단계;를 포함하고, 상기 이온빔에 의해 상기 주변광원이 소광되는 것인, 양자광원의 단광자 순수도 향상 방법을 제공한다.The present invention relates to a method for improving single photon purity of a quantum light source, and one aspect of the present invention includes irradiating an ion beam to a peripheral light source of a quantum light source using a focused-ion beam, Provided is a method for improving single photon purity of a quantum light source, wherein the ambient light source is quenched.

Description

양자광원의 단광자 순수도 향상 방법 {METHOD FOR IMPROVING SINGLE PHOTON PURITY OF QUANTUM LIGHT SOURCE} Method for improving single photon purity of quantum light source {METHOD FOR IMPROVING SINGLE PHOTON PURITY OF QUANTUM LIGHT SOURCE}

본 발명은 양자광원의 단광자 순수도 향상 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 집속-이온빔을 사용한 고순도 양자광원 구현 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for improving single photon purity of a quantum light source, and more particularly, to a method for implementing a high-purity quantum light source using a focused-ion beam.

최근 양자 통신, 양자 센서, 양자 컴퓨터 등으로 대표되는 양자 정보 기술 (Quantum Information Technology)이 빠르게 발전하면서, 양자 정보 기술의 필수 요소인 양자광원의 개발이 많은 주목을 받고 있다.Recently, as quantum information technology represented by quantum communication, quantum sensors, and quantum computers develops rapidly, the development of quantum light sources, which are essential elements of quantum information technology, is receiving a lot of attention.

양자광원(quantum light source)은 불연속적인 전자 에너지 구조를 가지는 원자나 분자, 그리고 다양한 고체 내 구조를 통해 단일 광자를 방출하게 된다. 고체 기반의 양자광원을 위한 기술로는 다이아몬드나 SiC 등와 다양한 고체 물질에서의 결함을 이용하는 기술, 반도체 양자점을 이용하는 기술 등이 있다.A quantum light source emits a single photon through an atom or molecule with a discrete electronic energy structure and a structure in various solids. Technologies for solid-based quantum light sources include technologies using defects in various solid materials such as diamond or SiC, and technologies using semiconductor quantum dots.

이 중, 반도체 양자점이나 고체 내 결함 구조와 같이 고체 물질에 기반한 양자광원은, 밝은 밝기와 광 구조 및 전자 공학 구조와의 결합 확장성으로 인해 높은 유망성을 가지고 있다.Among them, quantum light sources based on solid materials, such as semiconductor quantum dots or defect structures in solids, have high promise due to their bright brightness and scalability in combination with optical structures and electronic engineering structures.

그러나 이러한 양자광원은, 주변의 의도치 않은 광원들에 의한 발광이 배경 잡음으로 작용하면서 신호 대 잡음비가 낮아져 단광자 순수도가 감소하고, 양자광원 위상의 어긋남이 발생하는 문제점을 가지고 있다.However, such a quantum light source has a problem in that unintentional light emission from nearby light sources acts as background noise, lowering the signal-to-noise ratio, reducing single-photon purity, and causing a phase shift of the quantum light source.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 주변의 광원들을 금속으로 덮거나, 식각하여 제거하는 방법들이 개발된 바 있으나, 이러한 방법들은 주변 광원의 구조가 파괴되거나 양자광원의 밝기를 감소시키는 문제점이 존재한다.In order to solve this problem, methods of covering or etching the surrounding light sources with metal have been developed, but these methods have problems in destroying the structure of the surrounding light sources or reducing the brightness of the quantum light sources.

전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.The above background art is possessed or acquired by the inventor in the process of deriving the disclosure of the present application, and cannot necessarily be said to be known art disclosed to the general public prior to the present application.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 양자광원 주변에 구조적 변형을 주지 않고, 양자광원의 발광 세기를 변화시키지 않으면서 단광자 순수도를 향상시킬 수 있는 양자광원의 단광자 순수도 향상 방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a quantum light source capable of improving the purity of single photons without changing the luminous intensity of the quantum light source without structural deformation around the quantum light source. It is to provide a method for improving single photon purity.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

본 발명의 일 측면은, 집속-이온빔을 사용하여 양자광원의 주변광원에 이온빔을 조사하는 단계;를 포함하고, 상기 이온빔에 의해 상기 주변광원이 소광되는 것인, 양자광원의 단광자 순수도 향상 방법을 제공한다.One aspect of the present invention includes irradiating an ion beam to an ambient light source of a quantum light source using a focused-ion beam, wherein the ambient light source is quenched by the ion beam, and single photon purity of the quantum light source is improved. provides a way

일 실시형태에 따르면, 상기 집속-이온빔의 이온 소스는, 헬륨(He), 금(Au), 실리콘(Si), 갈륨(Ga), 이리듐(Ir), 제논(Xe), 크로뮴(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 게르마늄(Ge), 인듐(In), 주석(Sn) 및 및 납(Pb)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the ion source of the focused-ion beam includes helium (He), gold (Au), silicon (Si), gallium (Ga), iridium (Ir), xenon (Xe), chromium (Cr), It may include one or more selected from the group consisting of iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), germanium (Ge), indium (In), tin (Sn), and lead (Pb).

일 실시형태에 따르면, 상기 양자광원은, 양자점(quantum dot), 양자우물(quantum well), 양자섬(quantum island), 양자 디스크(quantum disk) 및 양자선(quantum wire)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 양자구조를 포함하는, 양자구조체로부터 방출되는 것일 수 있다.According to one embodiment, the quantum light source is selected from the group consisting of a quantum dot, a quantum well, a quantum island, a quantum disk, and a quantum wire It may be emitted from a quantum structure, including one or more quantum structures.

일 실시형태에 따르면, 상기 양자구조체는, 꼭짓점에 양자점이 위치한 피라미드 구조체를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the quantum structure may include a pyramid structure in which quantum dots are located at vertices.

일 실시형태에 따르면, 상기 양자구조체는, 원소 반도체, 분자 발광체, 유기물 발광체, 화합물 반도체, 페로브스카이트 물질, 2차원 전이금속 칼코겐 화합물, h-BN(Hexagonal Boron Nitride), h-BCN(hexagonal boron-carbon-nitrogen), 플루오로그래핀(fluorographene), 산화그래핀(graphene oxide) 및 탄소나노튜브로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것이고, 상기 원소 반도체는, IV족 원소 반도체; 또는 이들의 n형 또는 P형 반도체;를 포함하는 것이고, 상기 화합물 반도체는, II-VI족 화합물 반도체; III-V족 화합물 반도체; IV-VI족 화합물 반도체; IV족 화합물 반도체; 이들의 n형 또는 P형 반도체;를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the quantum structure is an element semiconductor, a molecular light emitting body, an organic light emitting body, a compound semiconductor, a perovskite material, a two-dimensional transition metal chalcogen compound, h-BN (Hexagonal Boron Nitride), h-BCN ( hexagonal boron-carbon-nitrogen), fluorographene, graphene oxide, and at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes, wherein the element semiconductor includes a group IV element semiconductor; or an n-type or p-type semiconductor thereof, wherein the compound semiconductor includes a II-VI group compound semiconductor; Group III-V compound semiconductor; Group IV-VI compound semiconductor; Group IV compound semiconductor; These n-type or p-type semiconductors; may include.

일 실시형태에 따르면, 상기 양자구조체는, InN, InGaN, InAlN, GaN, AlGaN, InAs, InGaAs, InAlAs, InGaAsP, InAsP, GaAs, AlGaAs, InSb, InGaSb 으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the quantum structure includes one or more selected from the group consisting of InN, InGaN, InAlN, GaN, AlGaN, InAs, InGaAs, InAlAs, InGaAsP, InAsP, GaAs, AlGaAs, InSb, and InGaSb. can

일 실시형태에 따르면, 상기 양자구조체는, Stranski-Krastanow(S-K) 성장법으로 형성된 양자점을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the quantum structure may include quantum dots formed by a Stranski-Krastanow (S-K) growth method.

일 실시형태에 따르면, 상기 이온빔은, 도넛 모양으로 조사되는 것일 수 있다.According to one embodiment, the ion beam may be irradiated in a donut shape.

일 실시형태에 따르면, 상기 이온빔의 조사량 및 조사 전류값을 조절하여, 상기 주변광원을 방출하는 영역의 결정 구조 결함을 유도하는 것일 수 있다.According to an embodiment, a crystal structure defect may be induced in a region emitting the ambient light source by adjusting an irradiation amount and an irradiation current value of the ion beam.

상기 이온빔의 조사량은 1E5 ions/cm2 내지 1E20 ions/cm2 이고, 상기 이온빔의 조사 전류값은 0.01 pA 내지 100 nA 인 것일 수 있다.An irradiation amount of the ion beam may be 1E5 ions/cm 2 to 1E20 ions/cm 2 , and an irradiation current value of the ion beam may be 0.01 pA to 100 nA.

본 발명의 다른 측면은, 양자광원을 방출하는 양자구조체를 포함하고, 접속-이온빔을 사용하여 상기 양자광원의 주변광원에 이온빔을 조사하여, 상기 주변광원을 소광시킨 것인, 광 소자를 제공한다.Another aspect of the present invention includes a quantum structure that emits a quantum light source, and irradiates an ion beam to the ambient light source of the quantum light source using a coupled-ion beam to quench the ambient light source. Provides an optical device .

일 실시형태에 따르면, 상기 양자광원의 단광자 순수도(single photon purity)는, 0.5 이상인 것일 수 있다.According to one embodiment, the single photon purity of the quantum light source may be 0.5 or more.

본 발명에 따른 양자광원의 단광자 순수도 향상 방법은, 집속-이온빔을 사용하여 위치 선택적으로 양자광원 주변의 원하지 않는 광원들을 소광시킴으로써, 구조적 변형이나 양자광원의 발광 세기의 변화 없이, 단광자 순수도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The method for improving the single-photon purity of a quantum light source according to the present invention uses a focused-ion beam to positionally quench unwanted light sources around the quantum light source, thereby making single-photon pure light without structural deformation or change in luminous intensity of the quantum light source. There is an effect that can improve the degree.

또한, 집속-이온빔을 사용하여 주변의 광원들에 이온빔을 조사하기만 하면 되므로 기존의 알려진 방법들과 비교하여 공정이 매우 간단한 장점이 있다.In addition, since only the ion beam is irradiated to the surrounding light sources using the focused-ion beam, the process is very simple compared to existing known methods.

나아가, 전기 구동 양자점 기반 단광자 광원 사용 시 광학 여기 방법에 비해 훨씬 넓은 영역이 여기됨에 따라 상대적으로 주변 광원들에서 생기는 배경 잡음이 커지게 되는 문제점을 개선할 수 있으며, S-K 양자점 기반 단광자 광원을 광집적회로에 사용 시 주변 양자점이 배경잡음으로 작용하는 문제점을 개선할 수 있는 효과가 있다.Furthermore, when using an electrically driven quantum dot-based single-photon light source, as a much wider area is excited compared to the optical excitation method, it is possible to improve the relatively large background noise generated from surrounding light sources, and to improve the S-K quantum dot-based single-photon light source When used in an optical integrated circuit, there is an effect of improving the problem of surrounding quantum dots acting as background noise.

도 1은, 집속-이온빔을 사용해 원하지 않는 발광을 소광하는 기술에 대한 개략도이다.
도 2는, 평면 양자 우물에 선형 모양의 집속-이온빔을 조사했을 때의 SEM 이미지, CL 이미지 및 X SCAN 측정 결과이다.
도 3은, 평면 양자 우물에 도넛 모양의 집속-이온빔을 조사했을 때의 SEM 이미지, CL 이미지 및 X SCAN 측정 결과이다.
도 4는, 피라미드 구조체 옆면 양자 우물에 도넛 모양의 집속-이온빔을 조사했을 때의 SEM 이미지 및 CL 이미지이다.
도 5는, 피라미드 구조체 꼭짓점에 위치한 양자점 주변의 양자 우물에 도넛 모양 집속-이온빔을 조사하기 전후의 스펙트럼이다.
도 6은, 피라미드 구조체 꼭짓점에 위치한 양자점 주변의 양자 우물에 도넛 모양 집속-이온빔을 조사하기 전후의 발광 신호 세기 측정 결과이다.
도 7은, 피라미드 구조체 꼭짓점에 위치한 양자점 주변의 양자 우물에 도넛 모양 집속-이온빔을 조사하기 전후의 단광자 순수도 측정 결과이다.
도 8은, Stranski-Krastanov (S-K) 양자점의 도넛 모양 집속-이온빔을 조사한 후의 CL 이미지 및 집속-이온빔을 조사하기 전후의 스펙트럼이다.
1 is a schematic diagram of a technique for quenching unwanted light emission using a focused-ion beam.
2 shows SEM images, CL images, and X SCAN measurement results when a linear focused-ion beam is irradiated to a planar quantum well.
3 shows SEM images, CL images, and X SCAN measurement results when a donut-shaped focused ion beam is irradiated to a planar quantum well.
4 is an SEM image and a CL image when a donut-shaped focused ion beam is irradiated to a quantum well on a side surface of a pyramid structure.
5 is a spectrum before and after irradiating a donut-shaped focused ion beam to a quantum well around a quantum dot located at a vertex of a pyramid structure.
6 is a result of measuring emission signal intensity before and after irradiating a donut-shaped focused ion beam to a quantum well around a quantum dot located at a vertex of a pyramid structure.
7 is a measurement result of single photon purity before and after irradiating a donut-shaped focused ion beam to a quantum well around a quantum dot located at a vertex of a pyramid structure.
8 is a CL image of Stranski-Krastanov (SK) quantum dots after irradiation of a donut-shaped focused-ion beam and spectra before and after irradiation of a focused-ion beam.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, since various changes can be made to the embodiments, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all changes, equivalents or substitutes to the embodiments are included within the scope of rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in the examples are used only for descriptive purposes and should not be construed as limiting. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components regardless of reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description will be omitted.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the corresponding component is not limited by the term. When an element is described as being “connected,” “coupled to,” or “connected” to another element, that element may be directly connected or connected to the other element, but there may be another element between the elements. It should be understood that may be "connected", "coupled" or "connected".

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in one embodiment and components having common functions will be described using the same names in other embodiments. Unless stated to the contrary, descriptions described in one embodiment may be applied to other embodiments, and detailed descriptions will be omitted to the extent of overlap.

본 발명의 일 측면은, 집속-이온빔을 사용하여 양자광원의 주변광원에 이온빔을 조사하는 단계;를 포함하고, 상기 이온빔에 의해 상기 주변광원이 소광되는 것인, 양자광원의 단광자 순수도 향상 방법을 제공한다.One aspect of the present invention includes irradiating an ion beam to an ambient light source of a quantum light source using a focused-ion beam, wherein the ambient light source is quenched by the ion beam, and single photon purity of the quantum light source is improved. provides a way

본 발명에 따른 양자광원의 단광자 순수도 향상 방법은, 집속-이온빔을 사용하여 위치 선택적으로 양자광원 주변의 원하지 않는 광원들을 소광시킴으로써, 구조적 변형 및 양자광원의 발광 세기의 변화 없이, 단광자 순수도를 향상시킬 수 있는 특징이 있으며, 집속-이온빔을 사용하여 주변의 광원들에 이온빔을 조사하기만 하면 되므로 기존의 알려진 방법들과 비교하여 공정이 매우 간단한 장점이 있다.The method for improving the single-photon purity of a quantum light source according to the present invention uses a focused-ion beam to positionally quench undesirable light sources around the quantum light source, thereby eliminating structural deformation and changing the luminous intensity of the quantum light source. It has a feature that can improve the degree, and since it only needs to irradiate the ion beam to the surrounding light sources using the focused-ion beam, the process is very simple compared to the existing known methods.

상기 양자광원(quantum light source)은, 반도체에서 나노 크기의 물질이 불연속적인 전자 에너지 구조를 가지면서 방출하는 광자를 의미할 수 있으며, 상기 주변광원은, 양자광원 이외의 불필요한 광원, 즉, 배경잡음을 발생시키는 광원을 의미할 수 있다.The quantum light source may mean a photon emitted by a nano-sized material in a semiconductor while having a discontinuous electronic energy structure, and the ambient light source is an unnecessary light source other than the quantum light source, that is, background noise. It may mean a light source that generates.

상기 집속-이온빔은, 일반적으로 고에너지의 이온빔을 발생시키는 건(gun)과 방출된 이온빔의 크기, 에너지 등을 조절하는 컬럼(column), 가공하고자 하는 샘플을 고정시켜 움직이거나 기울일 수 있는 스테이지(stage)로 구성된다. 건에서 방출되는 이온은 매우 큰 운동에너지를 가지는데 전자보다 수 천 배 무겁기 때문에 전자빔과는 다르게 샘플에 충돌하면 기존에 샘플을 구성하고 있던 원자를 밖으로 튕겨낼 수 있다. 또한, 이러한 이온빔은 컬럼을 지나면서 수십 나노미터 이하의 크기로 집속시킬 수 있기 때문에 샘플 상에서 원하는 부분에만 이온빔을 조사하여 그 부분에 있던 물질을 제거하는 방식으로 나노미터 수준의 가공을 실현할 수 있다.The focused-ion beam generally includes a gun that generates a high-energy ion beam, a column that adjusts the size and energy of the emitted ion beam, and a stage that can move or tilt by fixing a sample to be processed ( stage). Ions emitted from the gun have very high kinetic energy and are thousands of times heavier than electrons, so unlike electron beams, when they collide with a sample, they can eject atoms that previously constituted the sample. In addition, since the ion beam can be focused to a size of tens of nanometers or less while passing through a column, nanometer-level processing can be realized by irradiating the ion beam only to a desired portion on the sample and removing materials from that portion.

본 발명에 따른 양자광원의 단광자 순수도 향상방법은, 집속-이온빔을 사용하여 양자광원 이외의 주변광원을 나노스케일로 선택적으로 소광시킴으로써, 구조적 변형이나 발광 세기의 변화 없이 양자광원의 고순도를 구현할 수 있다.The method for improving the single-photon purity of a quantum light source according to the present invention can achieve high purity of a quantum light source without structural deformation or change in luminous intensity by selectively quenching ambient light sources other than quantum light sources on a nanoscale using a focused-ion beam. can

상기 단광자 순수도는, 단광자 광원의 가장 중요한 지표로 광자 수의 분포를 나타낸다.The single photon purity is the most important indicator of a single photon light source and represents the distribution of the number of photons.

상기 단광자 순수도는, 하기 식 1로 정의되는 것일 수 있다.The single photon purity may be defined by Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

단광자 순수도 = 1 - g(2)(0)Single photon purity = 1 - g (2) (0)

여기서, 상기 g(2)(0)는 Hanbury Brown and Twiss 실험을 통해 얻은 광자의 상관 관계 값을 의미하며, 0에 가까울수록 단광자의 순수도가 높다. Here, g (2) (0) means the correlation value of photons obtained through the Hanbury Brown and Twiss experiment, and the closer to 0, the higher the single photon purity.

일 실시형태에 따르면, 상기 집속-이온빔의 이온 소스는, 헬륨(He), 금(Au), 실리콘(Si), 갈륨(Ga), 이리듐(Ir), 제논(Xe), 크로뮴(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 게르마늄(Ge), 인듐(In), 주석(Sn) 및 및 납(Pb)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the ion source of the focused-ion beam includes helium (He), gold (Au), silicon (Si), gallium (Ga), iridium (Ir), xenon (Xe), chromium (Cr), It may include one or more selected from the group consisting of iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), germanium (Ge), indium (In), tin (Sn), and lead (Pb).

상기 집속-이온빔의 이온 소스는, 헬륨(He), 금(Au), 실리콘(Si), 갈륨(Ga), 이리듐(Ir), 제논(Xe), 크로뮴(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 게르마늄(Ge), 인듐(In), 주석(Sn) 및 및 납(Pb)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 이온을 포함하는 것일 수 있다.The ion source of the focused-ion beam includes helium (He), gold (Au), silicon (Si), gallium (Ga), iridium (Ir), xenon (Xe), chromium (Cr), iron (Fe), and cobalt. It may include one or more ions selected from the group consisting of (Co), nickel (Ni), germanium (Ge), indium (In), tin (Sn), and lead (Pb).

상기 헬륨(He)은, 질량이 매우 가벼워 매우 정밀하고 예리한 가공이 가능한 장점이 있어, 광집적회로와 같이 양자광원이 집적해 있을 경우에 주변광원을 소광 시키기에 적합할 수 있다.The helium (He) has a very light mass and has the advantage of being able to be processed very precisely and sharply, and may be suitable for quenching ambient light sources when quantum light sources are integrated, such as optical integrated circuits.

즉, 상기 헬륨(He) 이온은 가장 질량이 작아 동일한 조사 조건 하에 가장 정밀한 영역에서 소광을 진행할 수 있기 때문에 원하지 않는 발광영역을 정밀하게 소광시킬 수 있다.That is, since the helium (He) ions have the smallest mass and can be quenched in the most precise area under the same irradiation conditions, unwanted light emitting areas can be precisely quenched.

상기 갈륨(Ga)은, 녹는점이 상온 근처에 있기 때문에 전류를 조금만 흘려주어도 쉽게 녹일 수 있는 특징이 있다. 즉, 원자간의 결합에너지가 매우 낮기 때문에 전압을 걸었을 때, 소스로부터 이온을 방출시키는 것이 다른 물질들에 비해 용이한 장점이 있다.Since the melting point of gallium (Ga) is near room temperature, it is characterized in that it can be easily melted even when a small amount of current flows. That is, since the bonding energy between atoms is very low, it is easier than other materials to emit ions from a source when a voltage is applied.

일 실시형태에 따르면, 상기 양자광원은, 양자점(quantum dot), 양자우물(quantum well), 양자섬(quantum island), 양자 디스크(quantum disk) 및 양자선(quantum wire)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 양자구조를 포함하는, 양자구조체로부터 방출되는 것일 수 있다.According to one embodiment, the quantum light source is selected from the group consisting of a quantum dot, a quantum well, a quantum island, a quantum disk, and a quantum wire It may be emitted from a quantum structure, including one or more quantum structures.

상기 양자점은 나노 크기의 결정구조체로, 양자점의 밴드갭이 반도체 내의 두 운반자(carrier)인 전자와 정공 모두의 움직임을 삼차원적으로 제한하는 양자역학적인구속(quantum confinement) 효과를 나타내는 물질이다.The quantum dot is a nano-sized crystal structure, and the bandgap of the quantum dot exhibits a quantum confinement effect in which the movement of both electrons and holes, which are two carriers in a semiconductor, is restricted in three dimensions.

상기 양자점으로부터 방출되는 양자광원은, 밝은 밝기를 갖는 장점이 있으며, 본 발명에 따른 방법으로 원치 않는 주변광원을 소광시킬 경우 밝기를 유지하면서 배경잡음을 제거하여 양자광원의 순도를 효과적으로 향상시킬 수 있다. The quantum light source emitted from the quantum dots has the advantage of having bright brightness, and when unwanted ambient light sources are quenched by the method according to the present invention, the purity of the quantum light source can be effectively improved by removing background noise while maintaining the brightness. .

일 실시형태에 따르면, 상기 양자구조체는, 3차원 구조체를 포함하고, 상기 삼차원 구조체는, 육각 피라미드, 삼각 피라미드, 상부가 육각 피라미드인 육각 기둥 또는 육각 피라미드의 반전된 형태(inverted pyramid)를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the quantum structure may include a three-dimensional structure, and the three-dimensional structure may include a hexagonal pyramid, a triangular pyramid, a hexagonal pyramid having a top hexagonal pyramid, or an inverted pyramid of the hexagonal pyramid. can

일 실시형태에 따르면, 상기 양자구조체는, 꼭짓점에 양자점이 위치한 피라미드 구조체를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the quantum structure may include a pyramid structure in which quantum dots are located at vertices.

상기 피라미드 구조체는, 꼭짓점에 양자점이 위치하고, 옆면에 양자우물 구조를 갖는 구조체를 의미할 수 있다.The pyramid structure may refer to a structure having quantum dots located at vertices and having a quantum well structure on a side surface.

상기 피라미드 구조체의 꼭짓점에 위치한 양자점 주변 양자 우물에 본 발명에 따른 방법으로 원치 않는 주변광원을 소광시킬 경우, 양자광원의 발광세기 신호에 큰 변화없이 배경잡음을 크게 감소시켜 신호 대 잡음비((signal-to-noise ratio, SNR, S/N)를 효과적으로 향상시킬 수 있다.When unwanted ambient light sources are quenched by the method according to the present invention in the quantum wells around the quantum dots located at the vertices of the pyramid structure, the background noise is greatly reduced without a significant change in the luminous intensity signal of the quantum light source, thereby reducing the signal-to-noise ratio (signal- to-noise ratio, SNR, S/N) can be effectively improved.

일 실시형태에 따르면, 상기 피라미드 구조체는, 꼭짓점에 인듐갈륨질소(InGaN) 양자점이 위치하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the pyramid structure may have indium gallium nitrogen (InGaN) quantum dots located at vertices.

일 실시형태에 따르면, 상기 양자구조체는, 원소 반도체, 분자 발광체, 유기물 발광체, 화합물 반도체, 페로브스카이트 물질, 2차원 전이금속 칼코겐 화합물, h-BN(Hexagonal Boron Nitride), h-BCN(hexagonal boron-carbon-nitrogen), 플루오로그래핀(fluorographene), 산화그래핀(graphene oxide) 및 탄소나노튜브로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것이고, 상기 원소 반도체는 IV족 원소 반도체; 이들의 n형 또는 P형 반도체;를 포함하는 것이고, 상기 화합물 반도체는, II-VI족 화합물 반도체; III-V족 화합물 반도체; IV-VI족 화합물 반도체; IV족 화합물 반도체; 이들의 n형 또는 P형 반도체;를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the quantum structure is an element semiconductor, a molecular light emitting body, an organic light emitting body, a compound semiconductor, a perovskite material, a two-dimensional transition metal chalcogen compound, h-BN (Hexagonal Boron Nitride), h-BCN ( hexagonal boron-carbon-nitrogen), fluorographene, graphene oxide, and at least one selected from the group consisting of carbon nanotubes, wherein the element semiconductor is a group IV element semiconductor; These include an n-type or p-type semiconductor; the compound semiconductor includes a II-VI group compound semiconductor; Group III-V compound semiconductor; Group IV-VI compound semiconductor; Group IV compound semiconductor; These n-type or p-type semiconductors; may include.

일례로, 상기 II-VI족 화합물 반도체는, CdO, CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, CdOS, CdOSe, CdOTe, CdSSe, CdSTe, CdSeTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, CdHgZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe 또는 HgZnSTe을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the II-VI compound semiconductor is CdO, CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, CdOS, CdOSe, CdOTe, CdSSe, CdSTe, CdSeTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, CdHgZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgST e, HgZnSeS, HgZnSeTe or HgZnSTe, but It is not limited.

상기 III-V족 화합물 반도체는, BN, BP, AlP, BAs, GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb, BNP, BNAs, BPAs, GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, AlGaN, InGaN, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, BAlGaN, BAlInN, BGaInN, GaAlNP, GaAlNAs, InAlGaN, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs 또는 InAlPSb을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The group III-V compound semiconductor is BN, BP, AlP, BAs, GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb, BNP, BNAs, BPAs, GaNP, GaNAs , GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, AlGaN, InGaN, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, BAlGaN, BAlInN, BGaInN, GaAlNP, GaAlNAs, InAlGaN, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP , GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs or InAlPSb, but not limited thereto.

상기 IV-VI족 화합물 반도체는, SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe, SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe, SnPbSSe, SnPbSeTe 또는 SnPbSTe을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The group IV-VI compound semiconductor may include SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe, SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe, SnPbSSe, SnPbSeTe or SnPbSTe, It is not limited thereto.

상기 IV족 화합물 반도체는, Si, Ge, SiC, SiGe 또는 SiCGe을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The group IV compound semiconductor may include Si, Ge, SiC, SiGe or SiCGe, but is not limited thereto.

또한, 상기 n-형 반도체는, n-형 불순물이 도핑된 무기화합물 반도체이고, 상기 n-형 불순물은 N, P, As, Ge, Si, Cu, Ag, Au, Sb, Bi 원소 등을 포함할 수 있다. 상기 p-형 반도체는 p-형 불순물이 도핑된 무기화합물 반도체이며, 상기 p-형 불순물은 Mg, B, In, Ga, Al, Tl 원소 등을 포함할 수 있다.In addition, the n-type semiconductor is an inorganic compound semiconductor doped with an n-type impurity, and the n-type impurity includes elements such as N, P, As, Ge, Si, Cu, Ag, Au, Sb, and Bi. can do. The p-type semiconductor is an inorganic compound semiconductor doped with a p-type impurity, and the p-type impurity may include elements such as Mg, B, In, Ga, Al, and Tl.

일 실시형태에 따르면, 상기 양자구조체는, InN, InGaN, InAlN, GaN, AlGaN, InAs, InGaAs, InAlAs, InGaAsP, InAsP, GaAs, AlGaAs, InSb, InGaSb 으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the quantum structure includes one or more selected from the group consisting of InN, InGaN, InAlN, GaN, AlGaN, InAs, InGaAs, InAlAs, InGaAsP, InAsP, GaAs, AlGaAs, InSb, and InGaSb. can

일 실시형태에 따르면, 상기 양자구조체는, 반도체 내부의 점결함(point defect)을 포함할 수 있다. 예를들어, 상기 반도체 내부의 점결함은, SiC 내부의 점결함, GaN 내부의 점결함일 수 있다.According to one embodiment, the quantum structure may include a point defect inside the semiconductor. For example, the point defect inside the semiconductor may be a point defect inside SiC or a point defect inside GaN.

일 실시형태에 따르면, 상기 양자구조체는, MOCVD(metal-organic chemical vapour deposition), MBE(Molecular Beam Epitaxy) 및 HVPE(Hydride Vapour Phase Epitaxy)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 방법을 사용하여 형성되는 것일 수 있다.According to one embodiment, the quantum structure is formed using one or more methods selected from the group consisting of metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), and hydride vapor phase epitaxy (HVPE). can

일 실시형태에 따르면, 상기 양자구조체는, Stranski-Krastanow(S-K) 성장법으로 형성된 양자점을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the quantum structure may include quantum dots formed by a Stranski-Krastanow (S-K) growth method.

또한, 상기 양자구조체는, 위치가 제어된 성장법으로 형성된 양자점, 또는 화학적으로 합성한 양자점을 포함하는 것일 수 있다. In addition, the quantum structure may include quantum dots formed by a position-controlled growth method or chemically synthesized quantum dots.

상기 Stranski-Krastanov 성장법은, 일반적으로, MBE(Molecular Beam Epitaxy) 또는 MOCVD(metal-organic chemical vapour deposition)와 같은 성장 장비로 가능하며, 밴드갭이 큰 물질 위에 밴드갭이 작은 물질이 성장하면서 격자 상수차이로 인해 나노미터 크기의 작은 섬들이 자연 생성되는 방법이다. 양자점의 작은 크기로 인하여 전자와 홀들은 불연속적인 에너지 준위를 갖게 되며, 약한 여기하에서는 엑시톤(전자-홀 쌍)의 생성을 제어할 수 있다. 이렇게 생성된 전자-홀 쌍이 발광 재결합을 할 때 단광자를 방출한다.The Stranski-Krastanov growth method is generally possible with growth equipment such as MBE (Molecular Beam Epitaxy) or MOCVD (metal-organic chemical vapor deposition), and a material with a small band gap grows on a material with a large band gap while lattice This is how small islands of nanometer size are naturally created due to constant differences. Due to the small size of quantum dots, electrons and holes have discrete energy levels, and the generation of excitons (electron-hole pairs) can be controlled under weak excitation. When these electron-hole pairs undergo luminescent recombination, single photons are emitted.

상기 Stranski-Krastanow(S-K) 성장법으로 형성된 양자점으로부터 방출되는 양자광원은 광집적회로에 집적해 사용되는데, 이 때, 주변의 양자점이 배경잡음으로 작용할 수 있는 문제점이 존재한다.The quantum light source emitted from the quantum dots formed by the Stranski-Krastanow (S-K) growth method is integrated into an optical integrated circuit and used. At this time, there is a problem that the surrounding quantum dots may act as background noise.

본 발명에 따른 단광자 순수도 향상 방법은, 광직접회로의 구조를 파괴할 수 있어 적용이 불가했던 기존의 방법들과 달리, 광집적회로의 구조를 파괴하지 않고 주변신호를 억제시킬 수 있다.The single photon purity enhancement method according to the present invention can suppress peripheral signals without destroying the structure of the optical integrated circuit, unlike conventional methods that cannot be applied because the structure of the optical integrated circuit can be destroyed.

일 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 양자광원은, 무기 반도체 뿐 아니라 유기 반도체 기반 양자광원일 수 있다. According to one embodiment, the quantum light source according to the present invention may be an organic semiconductor-based quantum light source as well as an inorganic semiconductor.

일 실시형태에 따르면, 상기 이온빔은, 제거하고자 하는 주변광원의 모양에 따라 다양한 모양으로 조사될 수 있다.According to an embodiment, the ion beam may be irradiated in various shapes according to the shape of an ambient light source to be removed.

일례로, 선(line) 모양, 도넛 모양, 원 모양, 삼각형, 사각형, 육각형 등 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. For example, it may be a line shape, a donut shape, a circle shape, a triangle, a rectangle, a hexagon, etc., but is not limited thereto.

일 실시형태에 따면, 상기 이온빔은, 도넛 모양으로 조사되는 것일 수 있다.According to one embodiment, the ion beam may be irradiated in a donut shape.

상기 이온빔이 도넛 모양으로 조사될 경우, 양자광원이 방출되는 내부홀의 직경을 조절함으로써, 높은 분해능을 가지고 주변광원을 효과적으로 소광시킬 수 있다.When the ion beam is irradiated in a donut shape, the ambient light source can be effectively quenched with high resolution by adjusting the diameter of the inner hole through which the quantum light source is emitted.

일 실시형태에 따르면, 상기 이온빔의 조사량 및 조사 전류값을 조절하여, 상기 주변광원을 방출하는 영역의 결정 구조 결함을 유도하는 것일 수 있다.According to an embodiment, a crystal structure defect may be induced in a region emitting the ambient light source by adjusting an irradiation amount and an irradiation current value of the ion beam.

즉, 상기 이온빔의 조사량 및 조사 전류값을 조절하여 주변광원을 방출하는 영역의 구조적 변형 없이, 결정 구조 결함만을 유도할 수 있다.That is, by adjusting the irradiation amount and the irradiation current value of the ion beam, only crystal structure defects may be induced without structural deformation of the region emitting the ambient light source.

상기 이온빔의 조사량 및 조사 전류값은, 이온빔이 조사되는 영역의 물리적, 화학적 성질에 따라 조절될 수 있다.An irradiation amount and an irradiation current value of the ion beam may be adjusted according to physical and chemical properties of an area to which the ion beam is irradiated.

일 실시형태에 따르면, 상기 이온빔의 조사량은 1E5 ions/cm2 내지 1E20 ions/cm2 이고, 상기 이온빔의 전류값은 0.01 pA 내지 100 nA 인 것일 수 있다.According to an embodiment, an irradiation amount of the ion beam may be 1E5 ions/cm 2 to 1E20 ions/cm 2 , and a current value of the ion beam may be 0.01 pA to 100 nA.

본 발명의 다른 측면은, 양자광원을 방출하는 양자구조체를 포함하고, 접속-이온빔을 사용하여 상기 양자광원의 주변광원에 이온빔을 조사하여, 상기 주변광원을 소광시킨 것인, 광 소자를 제공한다.Another aspect of the present invention includes a quantum structure that emits a quantum light source, and irradiates an ion beam to the ambient light source of the quantum light source using a coupled-ion beam to quench the ambient light source. Provides an optical device .

일 실시형태에 따르면, 상기 양자광원의 단광자 순수도(single photon purity)는, 0.5 이상인 것일 수 있다.According to one embodiment, the single photon purity of the quantum light source may be 0.5 or more.

일 실시형태에 따르면, 상기 양자광원의 단광자 순수도(single photon purity)는, 0.6 이상인 것일 수 있다.According to one embodiment, the single photon purity of the quantum light source may be 0.6 or more.

상기 단광자 순수도는, 단광자 광원의 가장 중요한 지표로 광자 수의 분포를 나타낸다.The single photon purity is the most important indicator of a single photon light source and represents the distribution of the number of photons.

상기 단광자 순수도는, 하기 식 1로 정의되는 것일 수 있다.The single photon purity may be defined by Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

단광자 순수도 = 1 - g(2)(0)Single photon purity = 1 - g (2) (0)

여기서, 상기 g(2)(0)는 Hanbury Brown and Twiss 실험을 통해 얻은 광자의 상관 관계 값을 의미하며, 0에 가까울수록 단광자의 순수도가 높다. Here, g (2) (0) means the correlation value of photons obtained through the Hanbury Brown and Twiss experiment, and the closer to 0, the higher the single photon purity.

본 발명의 다른 측면은, 양자광원을 방출하는 양자구조체를 포함하고, 접속-이온빔을 사용하여 상기 양자광원의 주변광원에 이온빔을 조사하여, 상기 주변광원을 소광시킨 것인, 광 소자를 제공한다.Another aspect of the present invention includes a quantum structure that emits a quantum light source, and irradiates an ion beam to the ambient light source of the quantum light source using a coupled-ion beam to quench the ambient light source. Provides an optical device .

상기 광 소자는, 외부에서 주입된 높은 에너지의 빛을 양자구조체가 흡수하여 낮은 에너지의 빛으로 전환하는 광변환소자(down conversion device) 또는 외부에서 주입된 전류를 빛으로 전환하는 전기발광소자를 포함할 수 있다.The optical device includes a down conversion device that absorbs light of high energy injected from the outside and converts it into light of low energy by a quantum structure, or an electroluminescent device that converts the current injected from the outside into light. can do.

일 실시형태에 따르면, 상기 광 소자는, 전자 신호대신 광신호로 연산처리를 수행하는 소자인 집적광소자일 수 있다.According to one embodiment, the optical element may be an integrated optical element, which is an element that performs arithmetic processing with an optical signal instead of an electronic signal.

본 발명에 다른 측면은, 상기 양자구조체를 포함하고, 집속-이온빔을 통해 상기 양자구조체가 방출하는 양자광원의 주변광원을 소광시킨 것인, 양자정보통신용 부품을 제공한다.Another aspect of the present invention, including the quantum structure, provides a component for quantum information communication, which is obtained by quenching the ambient light source of the quantum light source emitted by the quantum structure through a focused-ion beam.

상기 양자정보통신용 부픔은, 양자 키 분배 시스템용 부품, 양자 계측 시스템용 부품, 양자 통신용 부품 및 양자 컴퓨터용 부품으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다The component for quantum information communication may include one or more selected from the group consisting of components for a quantum key distribution system, components for a quantum measurement system, components for quantum communication, and components for a quantum computer.

양자광원은, 전자의 스핀이나 초전도 전류처럼 양자 정보처리의 기본 단위인 '큐비트(Qbit)'를 구현할 수 있는데, 큐비트는 양자 상태에서 1과 0이 중첩되거나 얽히면서 정보를 표현하는 단위로, 0과 1로 정보를 표현하는 기존 정보 처리의 단위인 비트(bit) 보다 발전된 개념이다.A quantum light source can implement 'Qbit', a basic unit of quantum information processing, such as electron spin or superconducting current. A qubit is a unit that expresses information by overlapping or intertwining 1 and 0 in a quantum state. It is a concept that is more advanced than the bit, which is a unit of conventional information processing that expresses information with 1 and 1.

일례로, 양자광원이 양자 암호 통신에 적용될 경우, 양자광원의 높은 순수도는 양자 암호 통신의 보안성을 높여주며, 양자 정보 처리의 오류율을 최소화할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 고순도의 양자광원은, 양자 키 분배, 양자 계측, 양자 통신 또는 양자 컴퓨팅에 적용됨으로써 그 성능을 향상시킬 수 있다. For example, when a quantum light source is applied to quantum cryptographic communication, the high purity of the quantum light source increases the security of quantum cryptographic communication and can minimize the error rate of quantum information processing. That is, the high-purity quantum light source according to the present invention can improve its performance by being applied to quantum key distribution, quantum measurement, quantum communication, or quantum computing.

여기서, 상기 양자 키 분배는, 단광자를 이용하여 광섬유나 자유공간에서 두 명의 통신자가 암호를 교환하는 방법을 의미한다. 해커가 이 광자들을 가로챌 경우 양자역할의 관찰자 효과, 즉 상태를 바꾸지 않고서 직접 측정이 불가능한 양자 역학의 특성에 의해 암호가 유출됨을 확인할 수 있다. 양자 키 분배는 알고리즘이 아닌 물리적인 특성을 이용한 방법으로, 광자의 생성은 양자 키 분배 시스템의 성능을 좌우하는 매우 중요한 요소이다. Here, the quantum key distribution refers to a method in which two communicators exchange codes in an optical fiber or free space using a single photon. If a hacker intercepts these photons, it can be confirmed that the password is leaked by the observer effect of the quantum role, that is, the property of quantum mechanics that cannot be directly measured without changing the state. Quantum key distribution is a method using physical characteristics rather than algorithms, and the generation of photons is a very important factor that determines the performance of quantum key distribution systems.

또한, 상기 양자 계측은, 고전적인 방법으로 감지하기 어려운 지극히 작은 신호를 감지하는 기술을 의미하며, 중력파 측정 등에 응용될 수 있고, 양자 컴퓨팅은, 양자물리학적 특성을 이용하여 초고속 대용량 연산을 가능하게 하는 차세대 정보통신 기술로, 중첩, 얽힘 등의 양자 특성을 이용하여 다수의 정보를 동시에 처리할 수 있는 새로운 개념의 컴퓨터를 의미한다.In addition, the quantum measurement refers to a technology for detecting extremely small signals that are difficult to detect by classical methods, and can be applied to gravitational wave measurement, etc., and quantum computing enables ultra-high-speed and large-capacity calculations using quantum physical properties. It is a next-generation information and communication technology that uses quantum properties such as superposition and entanglement to simultaneously process multiple pieces of information.

이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by examples and comparative examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.

<실시예 1> 집속-이온빔을 사용한 평면 양자 우물의 소광 및 특성 측정<Example 1> Measurement of extinction and properties of a planar quantum well using a focused-ion beam

집속-이온빔의 소광 효과를 확인하기 위해, 평면 InGaN 양자 우물 구조에 선 모양으로 이온빔을 쏘아주었다.In order to confirm the extinction effect of the focused-ion beam, the ion beam was projected in the form of a line on the planar InGaN quantum well structure.

또한, 실제로 양자점 주변 광원들의 발광을 효과적으로 억제하기 위해서 도넛 모양으로 이온빔을 쏘아주었고, 이를 확인하기 위해 도넛 모양 이온빔의 안쪽 반지름 조건을 바꿔가면서 이온빔을 조사하였다.In addition, in order to effectively suppress the light emission of the light sources around the quantum dots, the ion beam was fired in a donut shape, and to confirm this, the ion beam was irradiated while changing the inner radius condition of the donut shape ion beam.

테스트 시 위치 선택적인 소광을 위해 헬륨 이온 현미경을 사용하였다.A helium ion microscope was used for regioselective extinction during testing.

이온빔 조사 후, 주사전자현미경 (SEM)을 사용하여 구조 변화를 확인하였고, 음극선발광(CL) 측정을 통해 발광 변화를 확인하였다.After ion beam irradiation, a structural change was confirmed using a scanning electron microscope (SEM), and a luminescence change was confirmed through cathodoluminescence (CL) measurement.

도 1은, 집속-이온빔을 사용해 원하지 않는 발광을 소광하는 기술에 대한 개략도이다.1 is a schematic diagram of a technique for quenching unwanted light emission using a focused-ion beam.

도 1을 참조하면, 집속-이온빔의 텅스텐 팁에서 방출된 헬륨 이온들이 전극과 구경을 지나 목표 광원에 쏘아지는 일련의 과정을 이해할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a series of processes in which helium ions emitted from a tungsten tip of a focused-ion beam pass through an electrode and an aperture and are projected to a target light source can be understood.

도 2는, 평면 양자 우물에 선형 모양의 집속-이온빔을 조사했을 때의 SEM 이미지, CL 이미지 및 X SCAN 측정 결과이다. 2 shows SEM images, CL images, and X SCAN measurement results when a linear focused-ion beam is irradiated to a planar quantum well.

도 2를 참조하면, SEM 이미지를 통해 선모양의 이온빔을 조사했을 때 구조적 변형이 일어나지 않았음을 확인할 수 있으며, CL 이미지를 통해 선모양대로 발광이 사라졌음을 확인할 수 있다. 또한, 소광의 반치폭은 270 nm로 측정되었다.Referring to FIG. 2 , it can be confirmed from the SEM image that no structural deformation occurs when the linear ion beam is irradiated, and the CL image confirms that the light emission disappears linearly. In addition, the full width at half maximum of extinction was measured to be 270 nm.

도 3은, 평면 양자 우물에 도넛 모양의 집속-이온빔을 조사했을 때의 SEM 이미지, CL 이미지 및 X SCAN 측정 결과이다. 3 shows SEM images, CL images, and X SCAN measurement results when a donut-shaped focused ion beam is irradiated to a planar quantum well.

도 3을 참조하면, SEM 이미지를 통해 도넛 모양의 이온빔을 조사했을 때 구조적 변화가 나타나지 않았음을 확인할 수 있고, CL 이미지를 통해 도넛 모양대로 발광이 사라졌음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3 , it can be confirmed through the SEM image that no structural change is shown when the donut-shaped ion beam is irradiated, and it can be seen from the CL image that the luminescence disappears in the donut shape.

또한, CL 결과에서 중심 부분의 발광세기를 유지할 때 반치폭 420 nm를 얻었고, 중심 부분의 발광세기에서 어느 정도의 발광 세기 감소를 감안했을 때 반치폭인 120 nm까지 감소될 수 있음을 확인하였다.In addition, in the CL results, it was confirmed that a half-width of 420 nm was obtained when the emission intensity of the central portion was maintained, and that the half-width of the emission intensity of the central portion could be reduced to 120 nm, considering the decrease in emission intensity to some extent.

<실시예 2> 집속-이온빔을 사용한 피라미드 구조체 옆면 양자 우물의 소광 및 특성 측정<Example 2> Measurement of quenching and characteristics of quantum wells on the side of a pyramid structure using a focused-ion beam

피라미드 구조체의 옆면에 있는 양자 우물의 발광을 제거하기 위해 도넛 모양으로 이온빔을 쏘아주었다. 도넛 모양 이온빔의 안쪽 지름을 점점 줄여가며 주사전자현미경 및 CL 결과를 얻었다. Ion beams were shot in a donut shape to eliminate the emission of quantum wells on the sides of the pyramid structure. Scanning electron microscopy and CL results were obtained while gradually decreasing the inner diameter of the donut-shaped ion beam.

또한, 피라미드 구조체의 꼭짓점에 있는 양자점 주변 양자 우물에 소광 방법을 적용한 후, 광측정을 통해 전후 스펙트럼 및 단광자 순수도를 비교하였다.In addition, after the extinction method was applied to the quantum wells around the quantum dots at the vertices of the pyramid structure, the before and after spectra and single photon purity were compared through photometry.

단광자 순수도는, Hanbury Brown and Twiss (HBT) 실험을 통해 이차 상관 관계를 측정해 얻을 수 있으며, 단광자 순수도는 1-g(2)(0)로 정의된다.The single photon purity can be obtained by measuring the second-order correlation through the Hanbury Brown and Twiss (HBT) experiment, and the single photon purity is defined as 1-g (2) (0).

도 4는, 피라미드 구조체 옆면 양자 우물에 도넛 모양의 집속-이온빔을 조사했을 때의 SEM 이미지 및 CL 이미지이다.4 is an SEM image and a CL image when a donut-shaped focused ion beam is irradiated to a quantum well on a side surface of a pyramid structure.

도 4를 참조하면, SEM 이미지를 통해 피라미드 구조체 형태 변화는 없으나, CL 이미지를 통해 도넛 모양 이온빔의 안쪽 지름에 따라 남아있는 발광 영역의 크기가 감소하였음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4 , although there is no change in the shape of the pyramid structure through the SEM image, it can be seen through the CL image that the size of the remaining light emitting region is reduced according to the inner diameter of the donut-shaped ion beam.

도 5는, 피라미드 구조체 꼭짓점에 위치한 양자점 주변의 양자 우물에 도넛 모양 집속-이온빔을 조사하기 전후의 스펙트럼이다.5 is a spectrum before and after irradiating a donut-shaped focused ion beam to a quantum well around a quantum dot located at a vertex of a pyramid structure.

도 6은, 피라미드 구조체 꼭짓점에 위치한 양자점 주변의 양자 우물에 도넛 모양 집속-이온빔을 조사하기 전후의 발광 신호 세기 측정 결과이다.6 is a result of measuring emission signal intensity before and after irradiating a donut-shaped focused ion beam to a quantum well around a quantum dot located at a vertex of a pyramid structure.

도 5및 도6을 참조하면, 이온빔 조사 후, 뾰족하게 튀어나온 봉우리인 양자점의 발광 신호는 이온빔 조사 전과 큰 차이가 없으나, 봉우리 밑에 넓게 퍼져 있는 부분인 배경 잡음의 크기는 크게 줄었음을 확인할 수 있다.5 and 6, after irradiation with the ion beam, the light emitting signal of the quantum dot, which is a sharp protruding peak, is not significantly different from before the ion beam irradiation, but the size of background noise, which is a widely spread part below the peak, is greatly reduced. there is.

도 7은, 피라미드 구조체 꼭짓점에 위치한 양자점 주변의 양자 우물에 도넛 모양 집속-이온빔을 조사하기 전후의 단광자 순수도 측정 결과이다.7 is a measurement result of single photon purity before and after irradiating a donut-shaped focused ion beam to a quantum well around a quantum dot located at a vertex of a pyramid structure.

도 7을 참조하면, 소광 전 단광자 순수도는 0.27 이였으나, 소광을 통해 배경 잡음을 제거하고 추가적으로 선형 편광기를 쓴 결과 단광자 순수도가 0.67까지 커졌음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the single photon purity before extinction was 0.27, but as a result of removing background noise through extinction and additionally using a linear polarizer, it can be confirmed that the single photon purity increased to 0.67.

<실시예 3> 집속-이온빔을 사용한 Stranski-Krastanov (S-K) 양자점 주변의 소광 및 특성 측정<Example 3> Measurement of extinction and properties around Stranski-Krastanov (S-K) quantum dots using a focused-ion beam

S-K 양자점에서는 많은 양자점들이 좁은 영역에 밀집되어 있기 때문에 단광자 신호로 쓰기 위한 양자점 외에 다른 양자점들이 의도치 않은 주변 광원으로 작용한다. 따라서 주변의 다른 양자점들을 소광하기 위한 조건을 찾기 위해 도넛 모양의 이온빔의 안쪽 지름을 줄여가며 발광을 측정했다.In S-K quantum dots, since many quantum dots are concentrated in a narrow area, other quantum dots in addition to the quantum dots used for single-photon signals act as unintended ambient light sources. Therefore, in order to find conditions for quenching other quantum dots around it, the luminescence was measured while decreasing the inner diameter of the donut-shaped ion beam.

도 8은, Stranski-Krastanov (S-K) 양자점의 도넛 모양 집속-이온빔을 조사한 후의 CL 이미지 및 집속-이온빔을 조사하기 전후의 스펙트럼이다.8 is a CL image of Stranski-Krastanov (S-K) quantum dots after irradiation of a donut-shaped focused-ion beam and a spectrum before and after irradiation of a focused-ion beam.

도 8을 참조하면, 소광을 적용하지 않은 상태에선 매우 많은 양자점들이 동시에 발광하면서 스펙트럼이 넓게 퍼져 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8 , it can be seen that in a state in which extinction is not applied, a spectrum is widely spread while a large number of quantum dots simultaneously emit light.

또한, 이온빔의 안쪽 지름을 줄여가며 소광을 적용한 결과, 안쪽 반지름이 1 μm 조건일 때 양자점의 뾰족한 발광 신호를 얻을 수 있었으며, 이 때 얻은 양자점의 단광자 순수도는 0.72 였다.In addition, as a result of applying extinction while reducing the inner diameter of the ion beam, sharp emission signals of quantum dots were obtained when the inner radius was 1 μm, and the single photon purity of the quantum dots obtained at this time was 0.72.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited drawings, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.

Claims (11)

집속-이온빔을 사용하여 양자광원의 주변광원에 이온빔을 조사하는 단계;를 포함하고,
상기 이온빔에 의해 상기 주변광원이 소광되는 것인,
양자광원의 단광자 순수도 향상 방법.
A step of irradiating an ion beam to a peripheral light source of a quantum light source using a focused-ion beam;
The ambient light source is quenched by the ion beam.
A method for improving the single photon purity of a quantum light source.
제1항에 있어서,
상기 집속-이온빔의 이온 소스는,
헬륨(He), 금(Au), 실리콘(Si), 갈륨(Ga), 이리듐(Ir), 제논(Xe), 크로뮴(Cr), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 게르마늄(Ge), 인듐(In), 주석(Sn) 및 및 납(Pb)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인,
양자광원의 단광자 순수도 향상 방법.
According to claim 1,
The ion source of the focused-ion beam,
Helium (He), Gold (Au), Silicon (Si), Gallium (Ga), Iridium (Ir), Xenon (Xe), Chromium (Cr), Iron (Fe), Cobalt (Co), Nickel (Ni), Which includes at least one selected from the group consisting of germanium (Ge), indium (In), tin (Sn) and lead (Pb),
A method for improving the single photon purity of a quantum light source.
제1항에 있어서,
상기 양자광원은,
양자점(quantum dot), 양자우물(quantum well), 양자섬(quantum island), 양자 디스크(quantum disk) 및 양자선(quantum wire)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 양자구조를 포함하는, 양자구조체로부터 방출되는 것인,
양자광원의 단광자 순수도 향상 방법.
According to claim 1,
The quantum light source,
From a quantum structure, including one or more quantum structures selected from the group consisting of a quantum dot, a quantum well, a quantum island, a quantum disk, and a quantum wire that is emitted,
A method for improving the single photon purity of a quantum light source.
제3항에 있어서,
상기 양자구조체는,
꼭짓점에 양자점이 위치한 피라미드 구조체를 포함하는 것인,
양자광원의 단광자 순수도 향상 방법.
According to claim 3,
The quantum structure,
To include a pyramid structure in which quantum dots are located at the vertices,
A method for improving the single photon purity of a quantum light source.
제3항에 있어서,
상기 양자구조체는,
원소 반도체, 분자 발광체, 유기물 발광체, 화합물 반도체, 페로브스카이트 물질, 2차원 전이금속 칼코겐 화합물, h-BN(Hexagonal Boron Nitride), h-BCN(hexagonal boron-carbon-nitrogen), 플루오로그래핀(fluorographene), 산화그래핀(graphene oxide) 및 탄소나노튜브로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것이고,
상기 원소 반도체는, IV족 원소 반도체; 또는 이들의 n형 또는 P형 반도체;를 포함하는 것이고,
상기 화합물 반도체는, II-VI족 화합물 반도체; III-V족 화합물 반도체; IV-VI족 화합물 반도체; IV족 화합물 반도체; 이들의 n형 또는 P형 반도체;를 포함하는 것인,
양자광원의 단광자 순수도 향상 방법.
According to claim 3,
The quantum structure,
Elemental semiconductor, molecular light-emitting body, organic light-emitting body, compound semiconductor, perovskite material, two-dimensional transition metal chalcogen compound, h-BN (hexagonal boron nitride), h-BCN (hexagonal boron-carbon-nitrogen), fluorograph It includes at least one selected from the group consisting of fluorographene, graphene oxide, and carbon nanotubes,
The elemental semiconductor may include a group IV elemental semiconductor; Or their n-type or p-type semiconductor; to include,
The compound semiconductor may include a II-VI group compound semiconductor; Group III-V compound semiconductor; Group IV-VI compound semiconductor; Group IV compound semiconductor; Those comprising n-type or p-type semiconductors;
A method for improving the single photon purity of a quantum light source.
제3항에 있어서,
상기 양자구조체는,
Stranski-Krastanow(S-K) 성장법으로 형성된 양자점을 포함하는 것인,
양자광원의 단광자 순수도 향상 방법.
According to claim 3,
The quantum structure,
Including quantum dots formed by the Stranski-Krastanow (SK) growth method,
A method for improving the single photon purity of a quantum light source.
제1항에 있어서,
상기 이온빔은,
도넛 모양으로 조사되는 것인,
양자광원의 단광자 순수도 향상 방법.
According to claim 1,
The ion beam,
which is irradiated in a donut shape,
A method for improving the single photon purity of a quantum light source.
제1항에 있어서,
상기 이온빔의 조사량 및 조사 전류값을 조절하여, 상기 주변광원을 방출하는 영역의 결정 구조 결함을 유도하는 것인,
양자광원의 단광자 순수도 향상 방법.
According to claim 1,
Inducing a crystal structure defect in a region emitting the ambient light source by adjusting an irradiation amount and an irradiation current value of the ion beam;
A method for improving the single photon purity of a quantum light source.
제8항에 있어서,
상기 이온빔의 조사량은 1E5 ions/cm2 내지 1E20 ions/cm2 이고,
상기 이온빔의 조사 전류값은 0.01 pA 내지 100 nA 인 것인,
양자광원의 단광자 순수도 향상 방법.
According to claim 8,
The irradiation amount of the ion beam is 1E5 ions/cm 2 to 1E20 ions/cm 2 ,
The irradiation current value of the ion beam is 0.01 pA to 100 nA,
A method for improving the single photon purity of a quantum light source.
양자광원을 방출하는 양자구조체를 포함하고,
접속-이온빔을 사용하여 상기 양자광원의 주변광원에 이온빔을 조사하여, 상기 주변광원을 소광시킨 것인,
광 소자.
Including a quantum structure that emits a quantum light source,
An ion beam is irradiated to the ambient light source of the quantum light source using a connected-ion beam to quench the ambient light source,
optical element.
제10항에 있어서,
상기 양자광원의 단광자 순수도(single photon purity)는, 0.5 이상이고,
상기 단광자 순수도는 하기 식 1로 정의되는 것인,
광 소자:
[식 1]
단광자 순수도 = 1 - g(2)(0)
상기 g(2)(0)는 Hanbury Brown and Twiss 실험을 통해 얻은 광자의 상관 관계 값을 의미한다.
According to claim 10,
The single photon purity of the quantum light source is 0.5 or more,
The single photon purity is defined by the following formula 1,
Optical element:
[Equation 1]
Single photon purity = 1 - g (2) (0)
The above g (2) (0) means the photon correlation value obtained through the Hanbury Brown and Twiss experiment.
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