Characterization of quantum devices at cryogenic temperature

I dispositivi quantistici in silicio sono considerati tra le architetture più promettenti nell’ambito della computazione quantistica. Infatti, non solo permettono un’eccellente miniaturizzazione, ma sono anche compatibili con la tecnologia sviluppata presso i laboratori del CEA-Leti. La tesi è incentrata sullo studio di una struttura in silicio specifica, denominata “dispositivo a split-gate”. Dispositivi con lunghezze di gate differenti sono stati caratterizzati e confrontati. In particolare, il lavoro qui presentato si focalizza su misure di trasporto di elettroni effettuate a temperature criogeniche su un ampio numero di dispositivi. Le caratterizzazioni sono state realizzate su una nuova probe station, disponibile presso i laboratori del CEA-Leti, che permette di raggiungere una temperatura pari a 900 mK. I principali parametri fisici dei quantum dot (charging energy Ec, lever arm, ecc) sono stati estratti attraverso misurazioni del bloccaggio di Coulomb e poi sono stati analizzati sistematicamente per valutarne la qualità. È stata effettuata un’analisi della variabilità statistica di questi parametri, confrontando inoltre i risultati ottenuti per diverse lunghezze di gate. In aggiunta a ciò, l’analisi dei diagrammi di stabilità mostra chiaramente la possibilità di sondare l’occupazione dei quantum dot con una risoluzione pari ad un singolo elettrone, senza il bisogno di integrare altri componenti elettronici. La posizione del primo elettrone è stata estratta, analizzata statisticamente e correlata ad altri parametri fisici. Infine, è stato sospettato un problema inerente alla cattiva conduzione del poli-silicio a temperature criogeniche. Per questa ragione, un wafer da 300mm interamente costituito da poli-silicio è stato misurato a basse temperature, e i risultati ottenuti sono stati confrontati con quelli a temperatura ambiente.