【公開日：2025.06.16】【最終更新日：2025.05.07】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22KT1131

利用課題名 / Title

電気的に制御した新規半導体量子デバイスの実現

利用した実施機関 / Support Institute

京都大学 / Kyoto Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

CVD,膜加工・エッチング,走査プローブ顕微鏡,光学顕微鏡,量子コンピュータ,スピン制御,表面・界面・粒界制御,リソグラフィ/Lithography,スパッタリング/Sputtering,蒸着・成膜/Evaporation and Deposition,量子コンピューター/ Quantum computer

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

水落 憲和

所属名 / Affiliation

京都大学　化学研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

森下弘樹,森岡直也,西川哲理,八尾肇,岡島和希

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

KT-104：高速マスクレス露光装置
KT-107：厚膜フォトレジスト用スピンコーティング装置
KT-201：多元スパッタ装置（仕様Ａ）
KT-203：電子線蒸着装置
KT-232：真空蒸着装置（１）

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

ダイヤモンドやシリコンカーバイド(SiC)中の欠陥や不純物中の単一スピンは，室温においても操作や検出が可能なため、量子情報処理デバイスや超高感度量子センサの実現に向けて注目されている。我々は、ナノテクノロジーハブ拠点の施設を利用して、ダイヤモンド基板やSiC基板上に微細加工を行い、ダイヤモンドやSiC中の欠陥や不純物スピンの電気的制御や検出を実証し、電気的に制御した新規半導体量子デバイスの実現を目指す。

実験 / Experimental

SiC基板上に、以下に示す手順で微細加工電極を作製した。1) 厚膜フォトレジスト用スピンコーティング装置（KT-107）を利用して、HMDSを塗布。2) スピンコータを利用して、フォトレジストを塗布。3)高速マスクレス露光装置（KT-104）を用いて、パターンを作製。4) 多元スパッタ装置（KT-201）や電子線蒸着装置（KT-230）を用いて金属薄膜を蒸着。5) リフトオフプロセスにて、電極を形成。必要に応じて、1)～5)を繰り返した。このようにして作製した微細加工電極やマイクロ波アンテナを用いて量子情報処理デバイスや超高感度量子センサの実現に向けた基盤研究を行なっている。

結果と考察 / Results and Discussion

Fig. 1に高速マスクレス露光装置などを用いて作製したSiC上の微細加工電極の写真を示す。このサンプルを利用して、SiC中のシリコン空孔電子スピンの電気的検出技術を用いた電気的に制御された量子情報素子の研究を行っている。また、電気的な電子スピン・核スピンの制御を目指し、ダイヤモンドやSiCへのスピン注入の研究も行っている。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1: Electrical contacts to SiC through CVD SiO₂ mask

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. Naoya Morioka et al., “Spin-optical dynamics study and approach to quantum electronics for quantum applications of silicon vacancy in SiC”, The 20th International Symposium on the Physics of Semiconductors and Applications, July 21, 2022, Jeju, Korea and Online
2. 西川哲理、森岡直也、阿部浩之、森下弘樹、大島武、水落憲和、4H-SiC中シリコン空孔を用いた室温下での電気的各スピン検出、2022年9月20日、東北大学

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件