【技术实现步骤摘要】
本申请涉及半导体器件制备，尤其涉及一种基于半导体薄膜材料的机械振子量子器件及其制备方法以及读取装置。
技术介绍
1、量子光力器件是量子信息和现代量子
至关重要的研究内容。高品质因子的宏观机械振子在量子精密测量与传感、量子信息存储以及量子互联等量子信息科技领域有着广泛的应用前景。具体的，高品质因子的机械振子的应用有微机电传感器、无线电和微波频率滤波器、时钟、未来计算技术、和基础科学测试等。作为传感器，已应用于惯性和陀螺仪导航、气体和生化传感、原子力显微镜、磁测、声学和温度传感、单蛋白质谱、和单分子检测等方面。这些应用是未来基于纳米力学运动的计算机技术、和未来量子信息技术的关键元素，因为它们能够调节各种量子自由度。同时，高质量因子的机械振子也是探索新奇量子物理效应的必要条件之一，如机械振子的基态冷却问题，量子纠缠等。目前读取机械振子的手段大多是通过超导电路实现。
2、但是，基于超导电路需要稀释制冷机提供极低温环境，这大大增加了实验的成本以及难度。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述问题，本申请基于磁子-声子耦合机制，设计了一种在室温下读取机械振子信号的装置，基于磁声耦合机制，通过声波携带的应变等各种特性去操控磁性和自旋现象推动了大量的研究进展，这些研究将促进实现新型、超快、高度集成、节能的自旋电子学和磁存储器件等方面应用的发展。
2、根据本申请的第一个方面，提供一种基于半导体薄膜材料的机械振子读取装置，其特征在于，包括：
3、支架；>
4、衬底硅片，设置于所述支架的表面上；
5、半导体薄膜，位于所述衬底硅片的第一表面上，其中，所述半导体薄膜包括附着部分和悬空部分，所述附着部分位于所述衬底硅片第一表面上，所述悬空部分通过刻蚀所述衬底硅片的第二表面直至所述半导体薄膜而形成；
6、天线，为非封闭结构，设置于所述悬空部分表面的中心位置；
7、层叠压电制动装置，其通过压电材料堆叠构成，与所述支架连接；
8、磁性器件，设置于所述层叠压电制动装置上，与所述天线在位置上对应，其中，所述半导体薄膜通过所述天线与所述磁性器件耦合，形成磁子-声子耦合；以及
9、导电结构，位于所述半导体薄膜上，与所述天线连接，用于在室温下探测所述悬空部分产生的机械振子信号。
10、根据本申请的第二个方面，提供一种基于半导体薄膜材料的机械振子量子器件，其特征在于，包括：
11、衬底硅片；
12、半导体薄膜，位于所述衬底硅片的第一表面上，其中，所述半导体薄膜包括附着部分和悬空部分，所述附着部分位于所述衬底硅片第一表面上，所述悬空部分通过刻蚀所述衬底硅片的第二表面直至所述半导体薄膜而形成；
13、天线，为非封闭结构，设置于所述悬空部分表面的中心位置，其中，所述半导体薄膜通过所述天线与磁性器件耦合，形成磁子-声子耦合；以及
14、导电结构，位于所述半导体薄膜上，与所述天线连接，用于在室温下探测所述悬空部分产生的机械振子信号。
15、根据本申请的第三个方面，提供一种基于半导体薄膜材料的机械振子量子器件的制备方法，其特征在于，包括：
16、通过低压化学气相沉积工艺在衬底硅片的第一表面生成半导体薄膜；
17、旋涂光刻胶于所述衬底硅片的第二表面，通过光刻技术在所述衬底硅片的第二表面形成所述半导体薄膜悬空部分的图案，采用刻蚀工艺刻蚀所述衬底硅片第二表面上所述半导体薄膜悬空部分的图案对应的衬底硅片直至所述半导体薄膜，以形成所述半导体薄膜的悬空部分；
18、旋涂光刻胶于所述半导体薄膜表面，通过光刻技术在所述半导体薄膜的表面形成天线和导电结构图案；
19、通过微纳加工溅射或者蒸发技术在所述天线和导电结构图案的区域与所述半导体薄膜的剥离区域生长金属层，所述剥离区域为所述半导体薄膜上不同于所述天线和导电结构图案的区域；以及
20、通过剥离技术去除所述半导体薄膜的剥离区域的金属层，以得到所述半导体薄膜表面上的天线和导电结构。
21、根据本申请提供的基于半导体薄膜材料的机械振子量子器件及其制备方法以及读取装置，采用磁子-声子耦合的读取机械振子的技术手段，克服了当前机械振子的测试基于超导电路进行需要极低温环境的问题，能够在室温环境下读取机械振子信号，为实现新型、超快、高度集成、节能的自旋电子学和磁存储器件等开辟了新途径。
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1.一种基于半导体薄膜材料的机械振子读取装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的读取装置，其特征在于，所述层叠压电制动装置在两端施加电压的情况下，能够调节所述天线和所述磁性器件之间的距离，从而调节磁子-声子耦合强度。
3.如权利要求1或2所述的读取装置，其特征在于，所述磁性器件为钇铁石榴石球，直径为0.1~0.5mm。
4.如权利要求1或2所述的读取装置，其特征在于，所述半导体薄膜为高张应力薄膜，材料为氮化硅或者碳化硅，厚度为0.1~1.2um。
5.如权利要求1或2所述的读取装置，其特征在于，所述衬底硅片和所述层叠压电制动装置分别通过环氧树脂与所述支架连接。
6.一种基于半导体薄膜材料的机械振子量子器件，其特征在于，包括：
7.如权利要求6所述的量子器件，其特征在于，所述天线包括第一端和第二端，所述导电结构包括：
8.如权利要求7所述的量子器件，其特征在于，所述天线、所述第一电极、所述第二电极、所述第一传输线和所述第二传输线的材料包括铝、铌和钛中的任一种或多种，厚度为50~200nm。<...
【技术特征摘要】
1.一种基于半导体薄膜材料的机械振子读取装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的读取装置，其特征在于，所述层叠压电制动装置在两端施加电压的情况下，能够调节所述天线和所述磁性器件之间的距离，从而调节磁子-声子耦合强度。
3.如权利要求1或2所述的读取装置，其特征在于，所述磁性器件为钇铁石榴石球，直径为0.1~0.5mm。
4.如权利要求1或2所述的读取装置，其特征在于，所述半导体薄膜为高张应力薄膜，材料为氮化硅或者碳化硅，厚度为0.1~1.2um。
5.如权利要求1或2所述的读取装置，其特征在于，所述衬底硅片和所述层叠压电制动装置分别通过环氧树...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉龙，王毅，吉勋，王文彦，
申请(专利权)人：北京量子信息科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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