УДК 621.382

БУРЯ Г.Ф., ПРИВЕЗЕНЦЕВ В.В.(*)

МЕТОД СОЗДАНИЯ РЕГУЛЯРНОЙ МАТРИЦЫ
АДАТОМОВФОСФОРА НА ПОВЕРХНОСТИ КРЕМНИЯ В
ТЕХНОЛОГИИ АНСАМБЛЕВОГО КВАНТОВОГО КОМПЬЮТЕРА

Московский институт радиотехники, электроники и автоматики
(технический университет),
119454 Москва, пр.Вернадского, д.78
Физико-технологический институт Российской академии наук (*)
117218 МоскваВ-218, Нахимовский пр., 34. (095)3324906, E-mail:
privez@ftian.oivta.ru

В настоящее время при изготовления твердотельного квантового
компьютера по модели Кейна [1] используется "стратегия водородного
резиста" и техника сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) [2]. Она
заключается в следующем: вначале на поверхность кремния осаждается
монослой адатомов водорода. Далее в нем методом СТМ образуются
пустоты, в которые затем адсорбируются молекулы фосфина. В конечном
итоге при термическом отжиге водород удаляется полностью с
поверхности кремния и на ней в нужных местах остаются одиночные
атомы фосфора.
Такая технология имеет ряд недостатков. Во-первых, в ансамблевом
твердотельном квантовом компьютере [3], где число атомов в цепочке
может доходить до 108, а число самих цепочек измеряется десятками,
технология использования СТМ может занять слишком много времени. В
пустое место в водородном резисте могут адсорбироваться и две молекулы
фосфина ввиду малости их размеров. Кроме того, при десорбции адатомов
водорода с поверхности кремния, вместе с водородом могут удаляться и
атомы фосфора, так как энергия связи WSi-H не намного меньше энергии
связи WSi-P [4].
В
технологическом
маршруте
изготовления
твердотельного
ансамблевого квантового компьютера, включающем создание матрицы
атомов фосфора на подложке кремния, процесс термообработки,
эпитаксиальное наращивание слоя кремния, нанесение диэлектрического
слоя и создание металлических электродов мы предлагаем создавать
матрицу адатомов фосфора на поверхности кремния с помощью
безмасочной адсорбции атомночистой поверхностью кремния молекул


органических
соединений
трехвалентного
фосфора,
например,
трифенилфосфина или триметоксифосфина, причем использовать кремний
с ориентацией (100).
Преимущества предлагаемой технологии заключаются в том, что
одновременно на поверхности кремния создается двумерная матрица
случайно
распределенных
адатомов
фосфора
с
определенной
поверхностной концентрацией C и расстоянием между адатомами x.
Вероятность распределения этого расстояния P(x), подчиняется
нормальному закону Гаусса со средним расстоянием x = a между
адатомами. Образование такой матрицы адсорбированных частиц
возможно потому, что как известно из следствий теории Ленгмюра,
концентрация адсорбированных на поверхности твердого тела атомов C на
единицу поверхности в случае, если число адатомов гораздо меньше числа
активных центров на поверхности твердого тела, так что количество
адсорбированного вещества составляет менее одного монослоя,
определяется законом Генри [5]:
n=nt b P,
где nt -полая концентрация активных центров, b=k2/k1 - постоянная
Генри, равная отношению соответствнно констант адсорбции k1 и
десорбции k2 и зависящая естественно от числа активных центров
(свободных "посадочных мест" на поверхности твердого тела, то есть
атомной плотности кремния), P - давление газа. Последняя формула
справедлива и выполняется в нашем случае, так как постоянная решетки
кремния 0,2 нм, а требуемое расстояние между адатомами фосфора более
20нм.
Для определения числа адсорбированных единицей поверхности молекул
органических соединений трехвалентного фосфора n нами
рассмотривалась система поверхность твердого тела - газ с непостоянным
числом чаcтиц. Было получено искомое давление газа
(2 mkT

)1/2
P = nkT[
exp(
- / kT)]
n h
t
где m -масса молекулы соединения трехвалентного фосфора, а 5эВ [4]-
энергия ее адсорбции поверхностью кремния; k - постоянная Больцмана, h -
постоянная Планка.
Во-вторых, мы предлагаем вместо фосфина использовать
органические соединения трехвалентного фосфора (см. выше). В них, как
известно [6], органические радикалы проявляют "нуклеофильность",
заключающуюся в том, что они смещают от себя электронную плотность к
фосфору, и связь между последним и атомом кремния при адсорбции


приобретает в некоторый степени "ионный" характер. Очевидно, что
энергия такой связи W
-
Si+-P будет гораздо больше с одной стороны, чем
энергия связи фосфора с атомом кремния в случае использования
фосфина, а с другой - гораздо больше энергии связи фосфора с
органическим радикалом WP-R,, где R - некий органический радикал.
Поэтому при термическом отжиге будут удаляться практически одни эти
органические радикалы, а адатомы фосфора будут оставаться на
поверхности
кремния.
В
дополнении
отметим,
что
такие
фосфорсодержащие органические молекулы, как, трифенилфосфин или
триметоксифосфин, имеют достаточно большие размеры по сравнению с
молекулой фосфина, что практически исключает адсорбцию рядом двух
атомов фосфора, что в свою очередь увеличит точность расположения
отдельных атомов фосфора в матрице на подложке кремния.

1. Kane B. Silicon-Based Quantum Computer. // Nature, 1998, v.393, 1,
p.133.
2. O,Brien J.L. et al. Phys.Rev.B, 2001, v.64, p.161401(R).
3. К.А.Валиев, А.А.Кокин. Квантовые компьютеры: надежды и
реальность. Москва-Ижевск, 2001, 352 с.
4. Гурвич Л.В., Карачевцев Г.В. и др. Энергия разрыва химических
связей. Потенциалы ионизации и сродство к электрону. М.,
"Наука", 1974.
5. Гибсс Дж.В. Основные принципы статистической механики. М.,
Гостехиздат, 1946.
6. Моррисон С. Химическая физика поверхности твердого тела. М.,
"Мир", 1980, с.286.


Document Outline