08.12.2011
Die Länge der Haltezeit einer Einzelelektronen-Speicherzelle stellt, als ein statischer Stabilitätsparameter, ein wichtiges Qualitätsmerkmal der für einen quantisierten Ladungstransport entwickelten Schaltungstechnologien dar. Für eine in hybrider Supraleiter-Normalleiter (S/N) Technologie hergestellte Speicherzelle wurde durch sorgfältige Abschirmung des Kryostat-Probenraums gegen eingestrahlte Photonen eine erhebliche Reduktion spontaner Schaltprozesse erreicht. Eine Zwei-Tunnelkontakt-Elektronenfalle (vom Typ R-SINIS, „R“ steht für „Resistor“ und „I“ steht für „Isolator“), deren Zustand von einem angekoppelten Elektrometer abgetastet wird, hatte in einem vorhergehenden Experiment in einer Standard-Messeinrichtung Haltezeiten von ca. 20 s gezeigt. Dieselbe Schaltung wurde anschließend am Institut MIKES in Finnland in einem besonders rauscharm konzipierten Probenhalter mit elektrostatisch doppelt-geschirmtem Probenraum vermessen und zeigte dabei deutlich längere Haltezeiten von bis zu 10 Stunden. In einem parallel durchgeführten Experiment in der PTB wurde ebenfalls ein hohes Maß an Rauschunterdrückung erreicht, und zwar durch Einsatz von auf dem Chip integrierter RC-Filterung und elektrostatischer Abschirmung mittels einer koplanaren Grundplatte (s. Bild 1). Dabei deutete unsere Ergebnisanalyse auf eine ca. 107 mal effizientere Abschwächung des On-Chip-Rauschpegels hin. Dank dieser Absenkung des Pegels erreichten die längsten Haltezeiten knapp 40 Minuten (s. Bild 2) selbst in weniger gut geschirmter Messumgebung. Das Ergebnis der Untersuchungen zeigt deutlich, dass effiziente Reduktion des elektromagnetischen Rauschens, selbst auf einem Einzel-Photonen-Niveau, für einen ungestörten Einzelelektronentransport wichtig ist und beim Aufbau eines Quanten-Stromnormals berücksichtigt werden muss. Die erreichten Haltezeitwerte sind vielversprechend für die Realisierbarkeit einer metrologisch präzisen Stromquelle auf der Basis eines hybriden S/N Bauelements.
Bild 1:
Rasterelektronmikroskopische Aufnahme der Einzelelektronen-Schaltung mit integrierten Abschirmelementen.
Bild 2:
Einzelelektronen-Schaltprozess in einer hybriden Zwei-Kontakt-Speicherzelle.
Ansprechpartner: S. Lotkhov
Fachbereich 2.4 : Quantenelektronik