面向电荷稳定性与传感的材料定义型锗量子点/硅基势垒器件设计

《IEEE Journal of the Electron Devices Society》：Device Design of Material-defined Ge Quantum Dots/Si-based Barriers for Charge Stability and Sensing

　　

摘要：

我们提出了一种全面的设计框架，涵盖从基本电子结构到器件级载流子输运，用于基于材料定义的锗（Ge）球形量子点（QDs）以及基于硅（Si、Si₃N₄、SiO₂）势垒的半导体量子比特实现。利用有效质量法、安德森模型和非平衡格林函数技术的组合，计算了代表性量子比特器件的输运特性，包括单空穴晶体管（SHTs）和耦合双量子点（DQDs）。将模拟的隧穿电流行为与实验数据进行对比分析。数值研究了锗量子点直径及耦合势垒材料/宽度对SHTs库仑稳定性图和DQDs电荷稳定性图的影响。基于实验可行性，优化了锗双量子点与SHTs的结构集成，优先考量电荷态稳定性与电荷传感效率。