[發明專利]防止露出絕緣層的離子阱裝置及其制造方法

在審

• 申請號: 201580058912.7
• 申請日: 2015-10-30
• 公開（公告）號: CN107111788A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 金兌炫;趙東日;洪錫俊;李珉栽;千弘珍
• 申請（專利權）人: SK電信有限公司;首爾大學校產學協力團
• 主分類號: G06N99/00
• 分類號: G06N99/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司11127
• 代理人: 李輝,金玲

技術領域

本發明的實施例涉及一種防止露出絕緣層的離子阱裝置及其制造方法。

背景技術

該部分記載的內容僅用于提供本發明實施例的背景信息，而不是用于構成現有技術。

目前，商用的量子密鑰分配(QKD：Quantum Key Distribution)系統的最大局限性在于，由于單光子通過光纖時的衰減使一次可發送的通信距離受到限制。為了克服該缺點，需要使用量子中繼器(Quantum Repeater)對信號進行放大，離子阱是制造量子中繼器所必需的量子存儲器的實現方法中最受關注的方式。

圖1是用于說明三維阱的原理圖。

離子阱基于電極的布置可具有不同的形狀，但最基本的形狀可通過如圖1所示地由4個電極棒e1、e2、e3和e4生成的領域的形狀進行說明。在圖1的(a)中，若將e1和e4接地且對e2和e3施加高電壓的RF信號，則生成如圖1的(b)所示的電場，而電場E的方向根據施加信號的RF頻率而持續地發生變化。此時，如果帶電粒子的電荷量、質量、電場的強度和RF頻率滿足特定數學條件，則帶電粒子在圖1的(b)的電極棒e1、e2、e3和e4之間的中間地點平均受力，基于這樣的平均力生成的勢(Potential)稱為有質動力勢(Ponderomotive Potential)。

圖1的(c)是示出電極棒e1、e2、e3和e4之間形成的有質動力勢的形狀的圖。在此，有質動力勢與電極棒e1、e2、e3和e4之間捕獲的電荷符號無關。雖然這樣形成的電勢持續地將欲遠離z軸的電荷向中心吸引，但并沒有確定將電荷粒子沿著z軸捕獲至哪個位置處。因此，為了將帶電粒子捕獲至如圖1的(a)位置處，向e1和e4施加電壓而不使e1和e4接地，并使以下為關系成立，即，正電荷時V1>V2，負電荷時V1<V2。

圖2的(a)是用于說明二維阱的原理圖，圖2的(b)是示出所發生的電場的方向及與其對應的有質動力勢的圖。

對于如圖1所示的具有三維結構的離子阱裝置，很難進行精密制造，很難集成多個阱，因此，為了應用量子信息，可利用微機電系統(MEMS：Micro Electro Mechanical System)工藝，轉變為可在二維晶片上制造的設計。圖2的(a)示出了將二維結構的電極保形映射(Conformal Mapping)為一維的方法。圖2的(a)中，當對圓周的色彩較濃部分施加RF電壓而將圓周的剩余部分接地時，圓內部形成類似于圖1的(b)形態的電場。這種情況下，如圖2的(a)所示，將位于圓周上的RF電極的連接線延長，并尋找與底部線交叉的部分，并向該部分施加RF電壓，將剩余的線部分接地，則圓中心位置處將形成具有類似于圓內部發生的電場形態的電場，圖2的(b)示出如上所述的以一維方式布置電極時發生的電場的方向和與其對應的有質動力勢(對兩個色彩較濃的條狀的電極施加RF，而中間和RF的兩側外部接地)。

利用如上相同的原理制造電極結構時，可將帶電粒子捕獲至圖2的(b)中表示三角的位置處。

基于MEMS的平面型離子阱芯片可通過在非導體基板上進行金屬電極的構圖的工藝而制造。但是，使用非導體基板時可使用的MEMS工藝的種類有限，因此，制造具有復雜結構的離子阱芯片會受到限制。為了克服這種問題，可在硅基板上制造離子阱芯片。硅基板上制造的離子阱芯片主要由用于防止RF電壓損耗的導電膜、構成RF及DC電極的導電膜、以及用于防止兩個導電膜間發生擊穿(Breakdown)的絕緣層構成。通常，對于平面型離子阱芯片，構圖的絕緣層支撐RF及DC電極，因此，該絕緣層不可避免地暴露在離子捕獲位置處。捕獲離子時，在離子捕獲位置處暴露的絕緣層上，電荷發生沖突，在絕緣層上誘發電壓，由此改變電場的形態，從而會誘發離子的微移動(micromotion)。離子的微移動增加離子的加熱速度(heating rate)，從而增加了捕獲的離子逃脫的概率。因此，為了更加穩定地進行離子捕獲，需要造制出具有絕緣層不暴露在離子捕獲位置處的結構的離子阱芯片。

發明內容

技術課題

為了解決上述問題，本發明的實施例的主要目的在于，設計一種離子阱芯片構造物，并設計其工藝方法，該離子阱芯片構造物通過使離子阱芯片構造物所包括的絕緣層不暴露在離子捕獲位置處，從而可提高在捕獲離子之類的帶電粒子時的性能。

此外，本發明的目的在于，利用導電膜對絕緣層側壁進行鈍化處理(passivation)，從而不使絕緣層暴露在離子捕獲位置處。

解決課題的手段