一种空穴自旋量子比特的制备方法

1.本发明涉及半导体技术领域，具体地，涉及一种兼容微电子cmos工艺的半导体二维栅控[110]量子点高品质自旋量子比特的制备，旨在推动半导体量子计算的发展。


背景技术：

[0002]
近年来，量子计算由于其指数型增长的强大算力成为了国内外基础研究和技术攻关的热点。在诸多方案中，半导体栅控量子点由于其与成熟的微电子cmos工艺深度兼容受到了人们的高度关注。在半导体栅控量子点的方案中，量子点中载流子的自旋可以作为构建量子比特的载体，人们目前已经在二维栅控锗量子点的空穴自旋体系中实现了四个量子比特的操控。锗的空穴自旋相比于电子自旋具有以下四个优点：1.空穴具有p型波函数，受到核自旋散射的几率大大减小，且锗可以通过同位素提纯的方法进一步提高自旋退相干时间；2.锗的空穴具有较强的可调自旋轨道耦合(soc)效应，从而提高自旋操控速度；3.锗的空穴不存在能谷简并和能谷散射的干扰；4.锗的空穴具有较小的有效质量，而在固定二维束缚电场势时量子点尺寸和有效质量呈反比，从而可以制备较大尺寸的栅控量子点，更易于操控自旋。
[0003]
rabi自旋翻转频率可以用来表征自旋操控的速度。在二维栅控锗量子点体系中实现空穴自旋的操控，需要借助于edsr技术。edsr技术的原理是：1.对二维栅控量子点施加面外或面内外加静磁场，使能级出现塞曼自旋劈裂，每条能级的两条劈裂子能级上的自旋反向，平行或反平行于外加磁场方向；2.施加面内交变电场或微波，将二维栅控量子点相邻低能级中具有相同自旋的量子态耦合起来；3.施加面外静电场，产生线性rashba自旋轨道耦合效应，提供电偶极跃迁，将相邻低能级中不同自旋的量子态耦合起来，形成具有不同自旋态的二能级系统，从而发生自旋共振，其中每个共振自旋态就是一个量子比特。空穴的edsr技术相比于电子自旋共振(esr)技术，不需要在低维体系中设计精细的梯度微磁结构来提供磁场使得自旋翻转，而代之以电控自旋轨道耦合效应产生的等效磁场。电控代替磁控，进一步拓展了以空穴自旋为载体的半导体量子点量子计算的应用前景。
[0004]
edsr技术在二维栅控锗量子点中的实现依赖于线性rashba自旋轨道耦合效应或三次方dresselhaus自旋轨道耦合效应，而在锗中由于体相中心反演对称性并不存在dresselhaus效应。另一方面，过去人们一直认为在二维空穴气中由于不存在轻重空穴耦合从而不存在线性rashba效应。然而，近期研究表明，在[100]方向量子阱空穴气中存在电场可调的线性rashba效应，它是由于界面引起的轻重空穴耦合导致的，即便该效应较为微弱，也能够引起100mhz的rabi频率，实现快速的自旋翻转。另一方面，研究发现，在[110]方向锗量子阱空穴气中存在比[100]方向量子阱大一到两个数量级的rashba效应，从而在二维栅控[110]量子点中可以实现ghz级别的rabi频率。这为更加快速的自旋翻转和更高品质的自旋量子比特指明了前进方向。
[0005]
尽管[110]方向锗量子阱具有诱人的应用前景，但迄今为止，实验上并未成功制备出该晶向的量子阱结构，这严重阻碍了半导体量子点量子计算的发展。


技术实现要素：

[0006]
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0007]
本发明的目的在于提供一种用于实现兼容微电子cmos工艺的半导体二维栅控[110]量子点高品质空穴自旋量子比特的制备方案，以解决实验上无法制备[110]量子阱和进一步提高空穴自旋量子比特操控速度的问题。
[0008]
本技术一方面实施例提出一种空穴自旋量子比特的制备方法，包括：
[0009]
提供衬底；
[0010]
在所述衬底之上形成锗量子阱，其中，锗量子阱为沿[110]方向生长的倾斜量子阱结构，且所述锗量子阱通过cmos工艺形成；
[0011]
在所述锗量子阱中制备二维栅控量子点。
[0012]
在一些实施例中，在所述衬底之上形成锗量子阱，包括：
[0013]
在所述衬底上形成合金层；
[0014]
在所述合金层上形成[100]锗层，其中，所述[100]锗层经过p型掺杂，
[0015]
在所述[100]锗层上通过刻蚀形成斜面。
[0016]
在一些实施例中，还包括：
[0017]
在所述[100]锗层之上形成介电层；
[0018]
在所述介电层之上形成电极。
[0019]
在一些实施例中，所述斜面的倾斜角度为与水平方向呈45度。
[0020]
在一些实施例中，所述二维栅控量子点直径尺寸为60到100nm。
[0021]
在一些实施例中，所述衬底为[100]硅衬底。
[0022]
在一些实施例中，所述合金层为[100]锗硅合金层，其中，所述[100]锗硅合金层的厚度在几纳米到几十纳米之间，[100]锗硅合金层中硅的比例小于50％。
[0023]
在一些实施例中，所述[100]锗层的厚度为几十纳米到几百纳米。
[0024]
在一些实施例中，所述介电层的介电材料为sio2或al2o3，所述介电层的厚度为十几纳米到几十纳米之间。
[0025]
在一些实施例中，所述电极为金属电极，金属电极的材料为al或au，金属电极的厚度尺寸在几十纳米量级。
[0026]
在一些实施例中，对所述[100]锗层p型掺杂的方法包括热扩散、电化学注入或离子注入的方法。
[0027]
在一些实施例中，所述锗量子阱的锗材料的体相为具有正四面体共价键的晶体结构。
[0028]
在一些实施例中，所述锗量子阱的迁移率达到105cm2/(v
·
s)量级。
[0029]
在一些实施例中，所述二维栅控量子点中的空穴自旋rabi翻转频率达到ghz量级且品质因子大于104。
[0030]
在一些实施例中，所述二维栅控量子点通过电偶极矩自旋共振技术在锗量子阱中制备而成。
[0031]
在一些实施例中，对所述锗量子阱施加背栅束缚电场、斜面面内交变电场或微波、斜面垂直静电场和斜面面内或斜面垂直静磁场，以产生rabi自旋翻转，其中，斜面面内静磁场方向不与斜面面内交变电场或微波方向垂直。
[0032]
在一些实施例中，所述斜面面内交变电场或微波的频率与斜面面内或斜面垂直静磁场的固有频率相等。
[0033]
本技术另一方面实施例提出一种半导体结构，包括：
[0034]
衬底；
[0035]
在所述衬底之上形成的锗量子阱，其中，锗量子阱为沿[110]方向生长的倾斜量子阱结构；
[0036]
在所述锗量子阱中制备的二维栅控量子点。
[0037]
在一些实施例中，包括自下而上依次形成的衬底、合金层、[100]锗层、介电层和电极，所述[100]锗层经过p型掺杂，在所述[100]锗层上形成斜面。
[0038]
在一些实施例中，所述斜面的倾斜角度为与水平方向呈45度。
[0039]
在一些实施例中，所述二维栅控量子点尺寸为60到100nm。
[0040]
在一些实施例中，所述衬底为[100]硅衬底。
[0041]
在一些实施例中，所述合金层为[100]锗硅合金层，其中，所述[100]锗硅合金层的厚度在几纳米到几十纳米之间，[100]锗硅合金层中硅的比例小于50％。
[0042]
在一些实施例中，所述[100]锗层的厚度为几十纳米到几百纳米。
[0043]
在一些实施例中，所述介电层的介电材料为sio2或al2o3，所述介电层的厚度为十几纳米到几十纳米之间。
[0044]
在一些实施例中，所述电极为金属电极，所述金属电极的材料为al或au，所述金属电极的厚度尺寸在几十纳米量级。
[0045]
在一些实施例中，所述锗量子阱的锗材料的体相为具有正四面体共价键的晶体结构。
[0046]
本发明的有益效果为：
[0047]
1、本发明指出二维栅控[110]锗量子点中的空穴可以提供ghz量级的rabi自旋翻转，实现高品质空穴自旋量子比特的制备。
[0048]
2、本发明提出了利用[100]方向45度斜面得到[110]晶面的方法，解决了[110]方向锗量子阱难以生长的问题。
[0049]
3、本发明的[110]锗量子阱深度兼容现有的成熟微电子cmos工艺，有望用于量子比特的大规模集成。
[0050]
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0051]
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，
[0052]
其中：
[0053]
图1为本发明实施例的[110]量子阱及二维栅控量子点的三维和二维截面示意图，其中：
[0054]
图1a为[110]量子阱及二维栅控量子点的三维结构示意图，
[0055]
图1b为[110]量子阱及二维栅控量子点的二维截面示意图；
[0056]
图2为本发明实施例的[100]晶面和[110]晶面的结构示意图，其中：
[0057]
图2a为[100]晶面的结构示意图，
[0058]
图2b为[110]晶面的结构示意图；
[0059]
图3为本发明实施例的线性rashba自旋轨道耦合效应引起电偶极矩自旋共振(edsr)的原理图；
[0060]
图4为本发明实施例的[110]-(ge)
40
/(si)
20
量子阱和[100]-(ge)
40
/(si)
20
量子阱在30kv/cm下的自旋劈裂示意图(其中下角标单位为单原子层)，其中：
[0061]
图4a为[110]-(ge)
40
/(si)
20
量子阱在30kv/cm下的自旋劈裂示意图，
[0062]
图4b为[100]-(ge)
40
/(si)
20
量子阱在30kv/cm下的自旋劈裂示意图；
[0063]
图5为本发明实施例的[110]锗量子点和[100]锗量子点在1.65t面内磁场下rabi频率随交变电场或微波的变化关系示意图，其中：
[0064]
图5a为[110]锗量子点在1.65t面内磁场下rabi频率随交变电场或微波的变化关系示意图，
[0065]
图5b为[100]锗量子点在1.65t面内磁场下rabi频率随交变电场或微波的变化关系示意图；
[0066]
图6为本发明实施例的[110]锗量子点在1.65t面内磁场下rabi频率与线性rashba参数随栅压变化关系的示意图。
[0067]
附图标记：
[0068]
1-[100]硅衬底；2-[100]锗硅合金层；3-[100]锗层；4-介电层；5-金属电极；6-二维栅控量子点。
具体实施方式
[0069]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0070]
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供了一种深度兼容cmos工艺的[110]锗量子阱的制备方法，有望在此基础上实现单个和多个二维栅控量子点高品质空穴自旋量子比特的制备，为半导体量子计算提供了一种全新的方案。
[0071]
研究发现，锗量子阱空穴的强自旋轨道耦合效应能够快速驱动其栅控量子点量子比特的自旋翻转，并且iv族元素由于核自旋散射几乎为零可以提供较长的自旋退相干时间，且与微电子cmos工艺深度兼容，因而可以制备高品质可扩展自旋量子比特。目前，国际上已在锗量子阱中实现四量子比特的高品质自旋操控。然而，自旋量子比特仍然受限于较慢的自旋操控和较快的退相干时间。本发明的核心思想在于通过在传统量子阱上生长一种倾斜结构制备[110]量子阱和栅控量子点，从而提升自旋操控速率，该操控速率可以用rabi频率表征。时间依赖的自旋翻转在自旋共振中实现，对于空穴采用电偶极矩自旋共振(edsr)技术，涉及不同自旋成分的量子态，由于外加交变电场或微波只能引起相同自旋成分的量子态之间的耦合，因而不可避免地需要引入塞曼效应和自旋轨道耦合(soc)效应。由于塞曼效应产生的自旋方向始终平行或反平行于外加静磁场方向，自旋轨道耦合效应从根本上为自旋翻转提供了驱动力。在edsr技术中，当外加交变电场或微波的频率与外加静磁场的本征频率相等时，自旋态发生共振，与时间呈现出周期性变化，对应的自旋翻转频率为
rabi频率。
[0072]
如何提升空穴量子比特的rabi频率对于量子计算来说是一个核心关切，而回应这个关切的关键在于提供较强的自旋轨道耦合效应。最新研究表明，锗量子阱中空穴的线性rashba自旋轨道耦合效应是实现快速自旋翻转的来源。过去很长一段时间，人们认为在半导体量子阱空穴体系中由于轻重空穴耦合被禁戒不存在线性rashba效应。而最近的理论研究表明，在[100]锗量子阱中边界效应引起的轻重空穴耦合诱导出了线性rashba效应，并且在[110]量子阱中由于本征轻重空穴耦合的存在产生了比[100]量子阱大一至两个数量级的线性rashba效应。[100]量子阱中的线性rashba效应在定性和定量上成功解释了实验上[100]栅控量子点中空穴自旋量子比特的rabi频率，而具有更强线性rashba效应的[110]量子阱则可以为量子比特提供更高的rabi频率。然而，实验上由于各种原因，至今没有成功制备出高质量的[110]量子阱，更没有制备出高品质的[110]量子点量子比特，这严重阻碍了半导体量子计算的进一步发展。
[0073]
本发明兼容现有成熟的微电子cmos工艺，提出了一种制备[110]量子阱的方案，并利用[110]量子阱中很强的线性rashba自旋轨道耦合效应，制备具有ghz级别rabi频率的[110]栅控量子点高品质空穴自旋量子比特，为半导体量子计算的进一步发展开辟了道路。
[0074]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明做进一步的详细说明。
[0075]
本技术一方面实施例提出一种实现兼容cmos工艺的半导体二维栅控[110]量子点高品质空穴自旋量子比特的制备方法，包括以下两个步骤：
[0076]
i：基于cmos工艺制备倾斜锗量子阱结构，通过控制倾斜角度以实现生长[110]方向锗量子阱，锗量子阱结构为p型掺杂锗量子阱；
[0077]
ii：基于电偶极矩自旋共振(edsr)技术在锗量子阱结构中制备二维栅控量子点6，以实现高品质空穴自旋量子比特。
[0078]
图1a和图1b为本发明实施例中的倾斜[110]锗量子阱及二维栅控[110]锗量子点的结构示意图，该倾斜[110]锗量子阱的制备方法包括以下步骤：
[0079]
s1，在[100]硅衬底1上生长[100]锗硅合金层2，用来缓解锗与硅的晶格失配，[100]锗硅合金层[100]-ge
x
si
1-x
中硅的比例应小于50％，[100]锗硅合金层2的厚度在几纳米到几十纳米之间。
[0080]
s2，在[100]锗硅合金层2上外延生长几十纳米到几百纳米的[100]锗层3，并通过离子注入等方式对[100]锗层3进行p型掺杂，得到[100]-p型ge。
[0081]
s3，通过干法或湿法刻蚀等方法在[100]锗层3上刻蚀斜面，使得斜面倾斜角度θ与水平方向呈45度。倾斜角度45度保证了量子阱的斜面上的锗呈[110]晶向，从而制备出[110]量子阱。[100]晶向示意图如图2a所示，[110]晶向示意图如图2b所示。
[0082]
s4，在量子阱斜面上生长介电层4，作为优选方案，介电层4的介电材料可以为sio2或al2o3，厚度为十几纳米到几十纳米之间。
[0083]
s5，在介电层4上制备多个金属电极5，作为优选方案，金属电极5材料可以为al或au，金属电极5的厚度尺寸在几十纳米量级。如图1a和图1b所示，金属电极5包括p1、p2、p3、p4、g1、g2和tg电极，二维栅控量子点6包括量子点q1和q2，其中p1、p2、p3和p4电极提供囚禁二维空穴的束缚势，g1和g2电极提供调控量子点q1和q2的栅压用来产生和调控rashba自旋
轨道耦合效应，tg电极提供分离或耦合q1和q2量子点的电势。
[0084]
具体的，p1、p2、p3、p4、g1、g2和tg电极分别形成一排，每排电极的数量均相等。[100]锗层3的左右两侧形成相对的斜面，两斜面顶端之间为平面，介电层4形成与[100]锗层相同的斜面和平面，tg电极沿纵向均布设于介电层4的平面上，p1、g1和p2电极分布于介电层4其中一侧的斜面上，p3、g2和p4电极分布于介电层4另一侧的斜面上，g1电极位于p1和p2电极之间，且g1电极与q1量子点相对应，g2电极位于p3和p4电极之间，且g2电极与q2量子点相对应，q1量子点和q2量子点设于[100]锗层的斜面内。
[0085]
在斜面量子阱结构中，沿着y方向既可以产生单量子比特又可以产生双量子比特，沿着z方向则可以同时产生多量子比特。可以根据不同需求使用相应电极调整量子比特间的耦合强度。量子比特的尺寸约为几十纳米到100纳米之间。因此，作为优选方案，斜面量子阱结构y方向的长度ly可以在800纳米至1200纳米之间，z方向的长度lz则可以根据需求自由调整。
[0086]
操控空穴自旋量子比特的edsr技术原理如图3所示。对量子阱中形成的栅控量子点施加面内或面外静磁场，在量子束缚效应和塞曼效应的共同作用下，量子点中出现自旋极化的分立能级，分立能级对应的量子态称为fock-darwin态，可以用主量子数n，角量子数l和自旋量子数s这三个量子数来表示：|n,l,s》。外加交变电场或微波只能耦合相邻的包含相同自旋成分的量子态，即需要同时满足δn＝
±
1和δs＝0。在不存在自旋轨道耦合效应时，不同自旋成分的量子态之间不存在耦合，因此无法实现二能级系统的自旋调控；当线性rashba自旋轨道耦合效应存在时，将引起相邻的包含不同自旋成分的量子态之间的耦合，即同时满足δn＝
±
1和δs≠0，形成一个每个能级都包含不同自旋成分的二能级系统。交变电场或微波不断耦合所述二能级系统中相同的自旋成分，从而不断改变每条能级的自旋成分，实现时间依赖的自旋翻转和自旋操控。
[0087]
虽然线性rashba效应是利用edsr技术实现自旋翻转和自旋操控的关键，但是过去人们普遍认为，由于量子阱禁戒轻重空穴耦合，量子阱的重空穴不存在线性rashba效应而只存在三次方rashba效应。近期研究表明，量子阱中存在轻重空穴耦合，从而存在线性rashba效应。对自旋劈裂的经验赝势方法第一性原理计算结果如图4a和图4b所示，在施加强度为30kv/cm的垂直电场时，[110]-(ge)
40
/(si)
20
量子阱和[100]-(ge)
40
/(si)
20
量子阱在γ点附近的rashba自旋劈裂都呈现出与波矢呈线性的关系，线性rashba参数αr分别为30.7mev和0.8mev。不难发现，[110]量子阱具有比[100]量子阱大两个数量级的rashba参数。这是因为，[100]量子阱中的轻重空穴耦合完全由边界效应引起，而[110]量子阱中的轻重空穴耦合不仅包含边界效应引起的部分，还包含量子阱特定取向下轴对称性破缺导致的本征轻重空穴耦合，因此[110]量子阱中的轻重空穴耦合强度远远大于[100]量子阱，从而具有更强的线性rashba效应。
[0088]
需要特别说明的是，计算时由于要排除由合金引起的dresselhaus自旋劈裂的影响，我们采用的是纯si势垒；但是实验上只能生长gesi合金势垒，这是因为ge和si之间有4％的晶格失配，所以无法直接在si上直接生长ge；计算说明的是rashba效应大小关系的本质问题，但是真正在实验上做还是得用gesi合金。
[0089]
rabi频率与线性rashba参数呈正比关系。目前报道的量子阱及二维栅控量子点的生长方向都是[100]方向，最大可以获得几百mhz量级的rabi频率，而本发明设计的[110]量
子点可以获得ghz量级的rabi频率。作为优选方案，在量子阱平面内施加1.65t磁场，对rabi频率的计算如图5a和图5b所示，在30kv/cm栅压下，调整交变电场或微波的振幅改变，[110]量子点可以实现约4ghz的rabi频率，而相比之下[100]量子点约100mhz的rabi频率。在5a和图5b中，计算量子点半径取为50nm，面内g因子为0.39，第一性原理得到的[110]和[100]量子点有效质量分别为0.135和0.132个电子质量。
[0090]
图4a、图4b、图5a和图5b的理论计算表明，[110]量子阱相比于[100]量子阱，具有更大的线性rashba效应和rabi频率。由于线性rashba效应可以通过栅压进行调控，栅压也能够对rabi频率进行调控。如图6所示，当栅压在100kv/cm范围内变化时，线性rashba参数可以达到80mev，rabi频率可以达到11ghz。由于计算的体系中40个单原子层的锗厚度约为6nm，在一定范围内继续增加锗层厚度可以进一步提高rabi频率。
[0091]
综上，本发明提供了一种兼容cmos工艺的半导体栅控[110]锗量子点高品质空穴自旋量子比特的制备方案，通过在[100]锗层倾斜刻蚀得到[110]晶面量子阱，进而实现具有快速自旋翻转的高品质栅控量子点。
[0092]
在一些具体的实施例中，二维栅控量子点6的直径尺寸为60到100nm。
[0093]
在一些具体的实施例中，p型掺杂的方法包括热扩散、电化学注入或离子注入的方法。
[0094]
在一些具体的实施例中，锗量子阱的锗材料的体相为具有正四面体共价键的晶体结构。
[0095]
在一些具体的实施例中，锗量子阱的制备方法中可用到物理气相沉积和等离子体化学气相沉积。
[0096]
在一些具体的实施例中，[100]锗层3上刻蚀形成斜面的方法可包括干法刻蚀和/或湿法刻蚀。
[0097]
在一些具体的实施例中，制备金属电极5时可用到的制备方法包括电子束曝光和/或电子束蒸发。
[0098]
在一些具体的实施例中，锗量子阱的迁移率达到105cm2/(v
·
s)量级。
[0099]
在一些具体的实施例中，二维栅控量子点6中的空穴自旋rabi翻转频率达到ghz量级且品质因子大于104。
[0100]
在一些具体的实施例中，锗量子阱在[110]方向受到量子束缚效应。
[0101]
在一些具体的实施例中，衬底可不限于硅衬底。
[0102]
在一些具体的实施例中，量子阱的斜面倾斜角度θ不限于45度。当θ为45度时，斜面上的晶向为[110]方向，具有最大的rashba效应和rabi频率，这是最理想的情况；但实验上严格控制倾斜角度为45度或许存在误差或困难，倾斜角度略微偏移也可以实现本案的技术效果。
[0103]
edsr技术要求对锗量子阱施加背栅束缚电场、斜面面内交变电场或微波、斜面垂直静电场和斜面面内或斜面垂直静磁场，以产生rabi自旋翻转，其中，斜面面内静磁场方向不可与斜面面内交变电场或微波方向垂直。斜面面内交变电场或微波的频率与斜面面内或斜面垂直静磁场的固有频率相等。
[0104]
由于锗的空穴具有较强的可调自旋轨道耦合(soc)效应，几乎不受核自旋散射影响并可以通过同位素提纯的方法进一步提高自旋退相干时间，不受谷间散射的影响，在所
有已知半导体中具有最高迁移率，且深度兼容传统cmos工艺，锗量子点已经成为半导体量子计算的重要载体。相比于传统的生长于[100]方向的量子阱，[110]生长方向的量子阱具有最大的线性rashba自旋轨道耦合效应，能够提供最快的rabi自旋翻转。本发明通过设计倾斜量子阱，克服了在平面上直接生长[110]量子阱的困难，为实现高品质空穴自旋量子比特提供了一种全新的解决方案。
[0105]
本技术另一方面实施例提出一种半导体结构，如图1a和图1b所示，包括自下而上依次形成的[100]硅衬底1、[100]锗硅合金层2、[100]锗层3、介电层4和金属电极5，[100]锗层3经过p型掺杂，在[100]锗层3上形成斜面，[100]锗层3的斜面中内嵌有二维栅控量子点6。斜面的倾斜角度θ为与水平方向呈45度。
[0106]
在一些具体的实施例中，二维栅控量子点6尺寸为60到100nm。
[0107]
在一些具体的实施例中，[100]锗硅合金层2的厚度在几纳米到几十纳米之间，硅的比例小于50％。
[0108]
在一些具体的实施例中，[100]锗层3的厚度为几十纳米到几百纳米。
[0109]
在一些具体的实施例中，介电层4的介电材料为sio2或al2o3，介电层4的厚度为十几纳米到几十纳米之间。
[0110]
在一些具体的实施例中，金属电极5材料为al或au，金属电极5的厚度尺寸在几十纳米量级。
[0111]
在一些具体的实施例中，锗量子阱的锗材料的体相为具有正四面体共价键的晶体结构。
[0112]
在一些具体的实施例中，衬底可不限于硅衬底。
[0113]
在一些具体的实施例中，量子阱的斜面倾斜角度θ不限于45度。当θ为45度时，斜面上的晶向为[110]方向，具有最大的rashba效应和rabi频率，这是最理想的情况；但实验上严格控制倾斜角度为45度或许存在误差或困难，倾斜角度略微偏移也可以实现本案的技术效果。
[0114]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0115]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0116]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0117]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以
是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0118]
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0119]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。