超小尺寸锗/硅核壳纳米线中一维空穴气体的高透明接触

摘要： 半导体-超导体混合系统在新兴高性能纳米电子学和量子器件领域具有卓越潜力。然而其成功应用的关键在于制备高质量且可重复的半导体-超导体界面。本研究实现了原子级精密界面的轴向Al-Ge-Al纳米线异质结构——该结构外覆超薄外延Si层（记作Al-Ge/Si-Al纳米线异质结构）。通过单晶Ge/Si核壳纳米线与光刻定义的Al接触垫之间的热致置换反应合成该异质结构。采用此方案可形成自对准准一维晶体Al引线，其与超精细Ge/Si段接触的透明率超过96%。将其集成至背栅场效应器件并持续突破光刻极限后，我们充分发挥了高透明接触在Ge-Si界面一维空穴气中的潜力，在150K温度下观测到弹道输运及量子限制效应。低温测量揭示了Ge/Si核壳纳米线中的邻近诱导超导性。约瑟夫森场效应晶体管的实现使我们能研究多重安德烈夫反射导致的亚能隙结构。最重要的是，量子点态的缺失表明源自一维空穴气高透明接触的硬超导能隙，这对马约拉纳零模研究具有重要价值。此外，本热致Al-Ge/Si-Al异质结构形成技术对量子计算关键组件（如门控量子比特或传输子量子比特）的发展具有重要推动意义。