4H-SiC的A面取向简化了硅空位量子比特控制

Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 的研究人员展示了一种控制硅空位 (VSi) 量子比特的新方法，他们通过在 4H-SiC 中制造横向 pin 二极管结构，但采用了 a 面取向而非传统的 c 面取向。这种排列使 VSi 偶极矩与晶圆表面平行，从而实现了直接光学激发，并促进了与量子光子集成电路 (QPICs) 的可扩展集成。

这项工作解决了对稳健、可扩展量子技术的迫切需求，应用范围涵盖从高精度量子传感法到可扩展量子计算。这种架构允许对 VSi 发射频率进行精确的电学斯塔克调谐（Stark tuning），这是在可扩展 CMOS 架构中生成不可区分光子的核心先决条件。

4H-SiC a 面取向实现横向 pin 二极管制造

在沿 a 面取向的 4H-SiC 晶圆上制造的横向 pin 二极管表现出高达 -150 伏的良好阻断能力，这是在敏感光学测量期间最大限度减少电荷噪声的关键阈值。这些使用可扩展 CMOS 工艺创建的器件还表现出低于测量设置噪声底限的反向漏电流（小于 10 皮安），进一步增强了信号清晰度。制造过程成功地将硅空位 (VSi) 缺陷（定位为具有稳健自旋光学特性的局部自旋量子比特）集成到二极管结构中。

4H-SiC 衬底的 a 面取向是实现 VSi 中心直接、面外共振光学激发的关键，这与使用 c 面晶圆的传统方法不同。这种排列允许使用成熟的半导体制造技术创建横向器件架构，有可能简化量子组件的生产。

研究人员使用 Sentaurus TCAD 软件在具有低 n 型掺杂外延层的 a 面 4H-SiC 衬底上模拟了二维截面掺杂分布，证实了设计的可行性。模拟结果与实验结果一致，验证了建模方法。在 4 开尔文下进行的 V2 硅空位低温光学表征显示，其光学线宽极窄，分别为 69.4 MHz 和 75.6 MHz。利用横向 pin 二极管架构，能够平行于 c 轴施加高度可控的电场，从而实现对单个 VSi 中心发射频率的精确斯塔克调谐。

这项工作解决了对单个 VSi 发射器进行光谱控制的需求，允许将不同的中心移入或移出光谱共振。Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg 电子器件主席团队以及该校应用量子技术研究所的研究人员，成功地将 V2 硅空位集成到这些横向 pin 二极管中。这些器件的成功展示证实了 a 面 4H-SiC 在先进量子技术方面的潜力。

VSi 作为功率电子设备中的原位量子传感器

在 4H-SiC a 面晶圆上的横向 pin 二极管结构内制造硅空位 (VSi) 缺陷，展示了一种可扩展的 CMOS 兼容工艺，可将量子传感器直接集成到半导体器件中。这种方法超越了传统的外部传感方法，通过将量子发射器嵌入材料本身，实现了电场的局部测量。对横向 pin 二极管结构施加反向偏压可以操纵 VSi 发射频率，这种能力对于量子计算和集成量子网络中的应用非常重要。