ELFT HÍRADÓ

[SIMON Ferenc <f.simon AT eik.bme.hu>]

Tisztelt Kollégák!

Korábban jeleztük, hogy a budapesti régióban működő félvezetőtechnológiai 
kutatásokban aktív cégek és intézmények közös szemináriumsorozatot 
indítottak.

Mindenkit szeretettel várunk ennek 2. előadására november 12. (csütörtök), 
15.00-tól a Semilab Dexagon irodaházába!

Az eseményre regisztrálni kell a jelenléti részvételhez: 
https://semilab.com/bsqms/
de hamarosan kikerül a honlapra a TEAMS link is.

Az előadás részletei:

Gali Ádám (Wigner SZFI)

Szilícium-karbid kvantumszenzorok hajnala: a gyémánt nitrogén-vakancia 
centrum kvantumszenzorok alkonya?

Kivonat:

A félvezető-technológiában a mély nívójú ponthibák többnyire 
nemkívánatosak: töltéshordozókat fognak be, és lerövidítik élettartamukat, 
ezért kimutatásuk  például mélynívó tranziens spektroszkópiával (DLTS)  a 
minősítés alapfeladata. A kvantumtechnológiában ugyanilyen hibák 
erőforrássá válnak: egy kristályba adalékolt ponthiba elektronspinjének 
két állapota mikrohullámú térrel vezérelhető kvantumbitet alkot. Három 
jellemző ideje  a T1 relaxációs idő, a T2 koherenciaidő és a T2* 
fázisvesztési idő  azt is megszabja, mire használható érzékelőként: a T1 a 
környező paramágneses molekulák, például szabad gyökök jelenlétéről 
árulkodik, a T2* a statikus, a T2 a váltakozó mágneses terek mérésének 
érzékenységét határozza meg, utóbbi révén akár néhány atommag jele is 
kimutatható. Egyetlen spin így nanométeres léptékű, rendkívül érzékeny 
mérőműszer.

Az előadás azt követi végig, hogyan lesz a hibából műszer. Egyedi hibák 
kimutatására a DLTS már nem elég érzékeny: a spinállapotot optikailag, a 
spinfüggő fluoreszcencián keresztül, vagy elektromosan, a spinfüggő 
fotoáram mérésével olvassuk ki. Mindkét módszer mintarendszere a gyémánt 
nitrogén-vakancia (NV) centruma, amely a legjobb mintákban 
szobahőmérsékleten is milliszekundumos relaxációs és koherenciaidőt mutat. 
A külső spinek érzékeléséhez azonban a centrumot a felület közelébe kell 
vinni, ahol a felületi hibák ezeket az időket lerövidítik; a gyémánt 
ráadásul drága, nagy, kvantumminőségű szeletekben nem gyártható, és 
nehezen integrálható a félvezető-technológiával. Itt lép be a 
teljesítményelektronikából  és a sorozat előző előadásából  jól ismert 
4H-SiC. Közeli infravörösben világító oxigén-vakancia centruma az NV-hez 
hasonlóan olvasható ki; a gyémántnál lágyabb kristályrács miatt rövidebb a 
T1 ideje, de ha az amorf oxidot szerves molekularéteg váltja fel, a néhány 
nanométer mélyen ülő centrum is érzékeny szenzor marad, és felületközeli 
SiC-szenzorral már nanoméretű NMR-mérést is végeztek. Végül a 
félvezető-minősítés felé fordulunk: gyémánt kvantummikroszkópokkal ma már 
az ipari hibaanalízisben keresik a chipek szivárgási áramainak forrását, 
SiC-ben pedig ipari szelettechnológiával, implantált spin hibákkal már 
kvantummagnetométer-chip is készült; a felületközeli SiC-szenzorok 
emellett a félvezetőoxid határfelület töltés- és spinhibáit is kimutatják, 
a DLTS-nél jóval jobb térbeli felbontással.

Az előadóról:

Gali Ádám fizikus, a Wigner Fizikai Kutatóközpont (Magyar Kutatási 
Hálózat) Szilárdtestfizikai és Optikai Intézetének tudományos igazgatója, 
a BME Atomfizika Tanszékének egyetemi tanára, az MTA doktora és az 
Academia Europaea tagja, valamint a Kvantumtechnológia Nemzeti Kutatási 
Infrastruktúra Hálózat vezetője. Elméleti és kísérleti kutatócsoportot 
vezet; kutatási területe a félvezetők ponthibáinak vizsgálata az ab initio 
számításoktól a laboratóriumi kísérletekig, különös tekintettel a gyémánt 
és a szilícium-karbid színcentrumaira mint kvantumbitekre és 
kvantumszenzorokra.


üdvözlettel:
Simon Ferenc