University College London への導入事例

当社の PlasmaPro® 80 RIE 装置を使用している UCL の2人の上級研究員と話す機会に恵まれ、量子および光電子デバイスに関連する最新の研究プロジェクトをご紹介いただきました。

Oscar Kennedy 博士は、PlasmaPro 80 RIE システムを使用して、超伝導 NbN 膜をエッチングして超電導回路を作製し、Wing Ng 博士は、RIE システムを使用して、チップベースの光バッファ用の一対の導波路の間に、平滑な側壁を持つ 50 nm のギャップを正確にパターニングしました。

反応性イオンエッチングは、半導体デバイスの製造において優れたプロセス制御を実現し、多くのデバイス製造工程で使用されています。

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From Quantum to Optoelectronics_University College London C…

量子メモリの作製

UCLQポスドク研究員 Oscar Kennedy 博士は、量子情報の効率的な交換に必要なデバイスの作製を研究しています。彼の研究の主な目標は、量子メモリーを作製することです。これは、デコヒーレンスの限界を克服し、より高度な計算の実現に向けた量子情報システムのスケールアップに不可欠なものです。

超電導共振器は、超電導金属として Nb または NbN を用い、標準的なフォトリソグラフィ技術を用いてシリコン上に作製されます。共振器は、薄膜共振器に垂直な方向に導入された磁場成分によって共振周波数を調整できるように設計・製作されています。この可変性により、超電導共振器とスピン系との最適なカップリングが可能になります。

Schematic of the lumped element NbN thin-film resonator and

集中素子NbN薄膜共振器と2成分の印加磁場B_effの概略図 (Source: https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.5129032)

超電導回路の作製

以前の研究では、Kennedy 博士は超電導構造の作製にリフトオフ技術を使用していました。しかし、「量子デバイスの優れた結果のいくつかは、リフトオフ技術ではなくエッチングによって達成されています」とケネディ博士は述べています。オックスフォード・インストゥルメンツの PlasmaPro 80 RIE システムが、超電導 NbN 膜をエッチングして超電導回路を作製するのに使用されています。

「PlasmaPro RIEを使えば、非常に強力な化学洗浄を行った後、すぐに超電導体を基板上に堆積させることができます。使い方は簡単、パワフルですぐに結果が得られます」。

Dr Oscar Kennedy, UCLQ Postdoctoral Fellow

エッチングプロセスは、ベアシリコン表面にフォトレジストを塗布する必要がないため、メタル-基板界面における有機残渣を避けることができ、多くの量子デバイス製造アプリケーションにおいて優れています。リフトオフプロセスでは、メタルのデポ時にフォトレジストがウェハ上に存在しなければならないため、このような残留物を除去することはできません。そのため、デポ後に超伝導体が残るような表面の有機残留物を強力な洗浄技術を用いても除去することは不可能です。

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オプティカルネットワーク - 次世代通信

UCL でナノファブリケーションとオプトエレクトロニクスのシニアリサーチフェローを務める Wing Ng 博士は、データ通信の未来である光ネットワークに注目しています。

光ファイバー内の信号が複数の目的地やデバイス間を移動する際、光はデータを別々の目的地に切り替える必要があります。2つ以上の信号が同時に光スイッチに到着した場合、そのうちの1つまたは複数の信号は、最初の信号が切り替わるまで待たなければならない、ということになります。現在の技術では、電子メモリに保存する前に信号を電気領域に変換する必要があるため、速度が遅く、エネルギー効率も悪いという問題があります。

Ng 博士の研究は、光スイッチングシステムに光遅延（メモリ）を提供するデバイスである光バッファを使って、この情報を光領域に保存する方法を見つけることに取り組んでいます。この技術は、電気-光信号変換が不要になるため、エネルギー効率が高くなります。

SEM images of the waveguide and pillar pattern before and after RIE

(a)電子ビームリソグラフィ後の導波路とピラーパターンの上から見たSEM像、(b)反応性イオンエッチングされた構造体のピラー部分の横から見たSEM像。 (Source: https://ieeexplore.ieee.org/document/6994243)

インジウム-リン (InP) 導波路作製

Ng 博士と彼の共同研究者らは、チップベースの光バッファを設計しました。このシステムの中心部は、リン化インジウム材料 (InP) から作製された1対の吊り下げ型平行導波路です。

「我々のシステムの光遅延時間は、2つの平行導波路間の分離距離と導波路の全長に依存します」とNg 博士は述べています。これは、電子ビーム・リソグラフィで導波路をパターニングした後、反応性イオンエッチングにより実現されました。

「オックスフォードのRIEシステムは、プロセスにおける高い柔軟性、ガスとプラズマの優れたコントロールが可能です」。

Dr Wing Ng, Senior Research Fellow at UCL

PlasmaPro 80 RIEシステムにより、Ng 博士は、導波路表面に残留レジストを残すことなく、滑らかな側壁と80°を超える側壁角度を持つ一対の導波路の 50 nm のギャップを正確にパターニングすることができました。

当社の反応性イオンエッチングシステムは、光電子デバイスの光漏れと伝送損失を最小限に抑えるために重要な、滑らかな導波路側壁を実現します。