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Cr/Au per il Gating in una Microstruttura di AlGaAs/GaAs

Informazioni tesi

  Autore: Michele Montinaro
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 2004-05
  Università: Università degli Studi di Pisa
  Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
  Corso: Fisica
  Relatore: Fabio Beltram
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 41

Il presente lavoro di Tesi si colloca all'interno di un progetto di ricerca teso alla realizzazione di una sorgente di singoli fotoni a semiconduttore. La realizzazione di tale dispositivo richiede una complessa serie di passi di processo che devono essere opportunamente programmati ed individualmente ottimizzati. E' prevista infatti una giunzione $pin$ planare all'interno di un'eterostruttura che individua una regione di carica quasi-bidimensionale. I portatori sono trasferiti attraverso la giunzione da un'onda acustica superficiale indotta da un trasduttore nel semiconduttore, che è previsto quindi avere adeguate proprietà di piezoelettricità: il materiale prescelto è un'eterostruttura di AlGaAs/GaAs.

Il contributo portato da questo lavoro riguarda la definizione dei \textit{gate} previsti nel dispositivo completo. La mia attività è iniziata con la progettazione di un'opportuna eterostruttura di AlGaAs/GaAs, contenente un gas elettronico bidimensionale (2DEG), che è stata cresciuta presso il laboratorio TASC di Trieste attraverso la tecnica di deposizione epitassiale da fase solida. Sulla superficie dell'eterostruttura ho depositato un \textit{gate} di Cr/Au verificando l'operazione tramite misure di trasporto elettronico. Il dispositivo realizzato è stato caratterizzato in particolare nelle condizioni previste per il funzionamento della sorgente completa e quindi a basse temperature, fino a 0.3 K, utilizzando un criostato a circuito chiuso. L'evoluzione della carica e della mobilità del 2DEG in funzione della polarizzazione del \textit{gate} è stata stabilita grazie a misure di effetto Hall e Shubnikov-de Haas. Nell'ambito di questa caratterizzazione, in presenza di campi magnetici più intensi, è stato anche osservato l'effetto Hall quantistico.

Durante il mio tirocinio, svoltosi presso il centro NEST (National Enterprise for nanoScience and nanoTechnology) della Scuola Normale Superiore di Pisa, ho quindi imparato ad adoperare tecniche di litografia ottica e di evaporazione di metalli, finalizzate alla deposizione di contatti ohmici ed elettrodi di \textit{gate} su eterostrutture di AlGaAs/GaAs ed alla realizzazione di un opportuno \textit{mesa}.

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Introduzione Lapossibilit` adiscambiareinformazioniinmodosicuro,alriparodapossibili intercettazioni,` edifondamentaleimportanzaperlosviluppodiapplicazioni cruciali, come, ad esempio, home-banking e voto elettronico. Al fine di garantire la sicurezza nelle comunicazioni, sono stati proposti dei protocolli basati sulla crittografia quantistica. Essi sono incentrati sullo scambio di informazioni codificate nello stato quantistico di singole particelle, come, ad esempio, la polarizzazione di singoli fotoni. Attualmente, il principale ostacolo ad un’implementazione efficiente del- la crittografia quantistica ` e costituito dalla mancanza di sorgenti di singolo fotone con le caratteristiche appropriate. Le sorgenti utilizzate pi` u comune- mente, sia in ambito sperimentale che commerciale, sono infatti basate su laser impulsatifortementeattenuati,iqualinonrispondonosufficientemente alle esigenze di sicurezza imposte dai protocolli in oggetto. In questo contesto si colloca il progetto europeo SECOQC, finalizzato alla realizzazione di una rete basata sulla crittografia quantistica. Nell’am- bito di questo progetto, la Scuola Normale Superiore di Pisa ha il compito di mettere a punto una sorgente di singoli fotoni ad elevato bit-rate, ba- sata sul trasporto controllato di singoli elettroni in una eterostruttura di semiconduttori, per mezzo di un’onda acustica superficiale (SAW), da una regione drogata n ad una regione p. La ricombinazione di questi con le lacune presenti nella regione p porterebbe all’emissione di singoli fotoni. In questa sezione presenter` o i principi costruttivi di tale sorgente, se- condo lo schema proposto da Foden et al. [1] nel 2000, di cui in Fig. 1 ` e riportata una rappresentazione. Il dispositivo proposto si basa su una eterostruttura di AlGaAs/GaAs, progettata in modo da realizzare al suo interno un pozzo quantico di GaAs, comprendenteunagiunzioneplanaretraunaregioneditiponedunaditipo p, connesse da una regione intrinseca che funge da canale di conduzione. Le SAW sono particolari onde elastiche che si propagano lungo la su- perficie di un mezzo; esse permettono di concentrare l’energia trasportata entro una distanza dalla superficie del materiale dell’ordine della lunghezza d’onda. Sono prodotte da opportuni dispositivi detti trasduttori (non rap- presentati in figura), costituiti da una serie di ‘‘dita” di metallo (finger) con undeterminatoperiodospazialechedannoluogoadunastrutturaa pettine: ad essi viene fornita una tensione alternata alla frequenza di risonanza della 5

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Parole chiave

gaas
processing
semiconduttore
litografia
eterostruttura
algaas
singolo fotone
crittografia quantistica
effetto hall quantistico

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