研究人员制造了单光子发射器

       德国亥姆霍兹德累斯顿罗森道夫研究中心(HZDR)、德累斯顿工业大学和莱布尼茨晶体生长研究所 (IKZ) 的研究人员展示了在纳米级硅中可控地制造单光子发射器。据研究人员称，该技术与当前的CMOS制造方法是兼容的，有可能成为下一代光子量子技术，并且其制造途径与超大规模集成电路也是兼容的。

       以前的量子光子学实验需要使用“大量光学元件”，这些占用空间的元件将分布在整个光学平台上，并可能占据大量的实验室空间。现在，光子芯片正在改变包括量子光子学在内的这种局面，可控的单光子源的单片集成将为在PIC中实现数百万个光子量子比特提供一个资源高效的途径。要运行量子计算协议，这些光子必须是不可区分的，有了这个条件，工业规模的光子量子处理器的制造将变得可行。然而，目前建立的制造方法阻碍了这一有前景的设想与当前半导体技术的兼容性。

通过光刻定义的掩模（左）和扫描聚焦离子束（右）的宽束离子注入（蓝色），在硅（红色）中可控地制造单光子发射器。象征性地显示了两个单光子在该过程定义位置的光发射，在背景中，电子束在由丙烯酸酯制成的平版印刷掩模上产生了孔洞。 由M. Hollenbach、B. Schröder/HZDR提供。

       在大约两年前研究人员在发表的工作中详细介绍了第一次的尝试，他们在硅晶片上产生了单光子，但是是以一种随机的、不可扩展的方式。HZDR的物理学家 Nico Klingner 说：“现在，我们展示了如何使用来自液态金属合金离子源的聚焦离子束将单光子发射器放置在晶圆上的理想位置，同时获得高光子产量和高光谱质量”。此外，研究人员还对相同的单光子发射器进行了严格的材料测试程序。经过几次降温和升温循环后，他们没有观察到光学特性有任何下降。这些发现满足了大规模生产所需的前提条件。

       为了将这一成果转化为广泛应用的技术，并可以在原子尺度上对单个光子发射器进行晶圆级的工程设计，同时与现有制造工艺相兼容，研究人员通过光刻定义的掩模在商用注入机中实现了宽束注入。据 HZDR 洁净间小组组长兼纳米制造和分析负责人 Ciarán Fowley 称，这一进展使研究人员可以同时使用硅加工洁净间和电子束光刻机。

       据研究人员报告称，使用这两种方法，他们可以在预定位置制造几十个电信单光子发射器，空间精度约为 50 nm。这些单元在O波段发射，并且在连续波激发下能够稳定运行数天。研究人员还表示，现在这些单光子发射器在技术上已经准备好在半导体工厂进行生产，并且整合到现有的电信基础设施中。该研究成果已经发表在《Nature Communications》( www.doi.org/10.1038/s41467-022-35051-5 ) 期刊上。

      消息来源：https://www.photonics.com/Articles/Researchers_Create_Single-Photon_Emitters_in_Place/a68819