通过纳米图案化自组装分子单层实现硅中原子级导线的可扩展制备

摘要： 开发一种可扩展的原子线制备方法是构建固态半导体量子计算机的重要步骤。本研究采用标准纳米加工工艺将自组装单分子层图案化至几纳米范围，创新性地提出选择性掺杂策略，使单层掺杂（MLD）的横向掺杂分辨率从微米级显著提升至纳米级。基于该方法，我们进一步探索了通过将二乙基乙烯基膦酸酯自组装单分子层图案化为500纳米至10纳米宽度的线条，在硅中制备磷原子线的可行性。通过快速热退火工艺将磷掺杂剂驱入硅中形成掺杂线，并采用四探针法和霍尔效应测量对掺杂线进行表征。结果表明掺杂线的电导率与宽度呈线性关系，证实了单分子层图案化工艺实现纳米级精度的成功性。要制备由单排或数排磷原子构成的原子线，需同时显著缩短热扩散长度并提高掺杂剂掺入速率，脉冲激光退火可能是极具前景的解决方案。本研究为硅基原子线的大规模制备提供了可行路径，该技术有望在量子计算领域获得重要应用。