論文の概要: Enhanced Secondary Electron Detection of Single Ion Implants in Silicon Through Thin SiO2 Layers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.14495v1
- Date: Thu, 16 Oct 2025 09:39:39 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-17 21:15:14.802552
- Title: Enhanced Secondary Electron Detection of Single Ion Implants in Silicon Through Thin SiO2 Layers
- Title（参考訳）: 薄膜SiO2層によるシリコン中の単一イオンインプラントの高次電子検出
- Authors: Ella B Schneider, Oscar G Lloyd-Willard, Kristian Stockbridge, Mark Ludlow, Sam Eserin, David C Cox, Roger P Webb, Ben N Murdin, Steve K Clowes,
- Abstract要約: 本研究では、集束イオンビーム(FIB)システムにおいて、二次電子(SE)を用いた個別イオン注入現象を検出する非破壊かつ高効率な方法を示す。
低エネルギーSbイオンを非ドープシリコンに注入し, イオン電流測定により最大98%の単イオン検出効率を実現した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Deterministic placement of single dopants is essential for scalable quantum devices based on group-V donors in silicon. We demonstrate a non-destructive, high-efficiency method for detecting individual ion implantation events using secondary electrons (SEs) in a focused ion beam (FIB) system. Using low-energy Sb ions implanted into undoped silicon, we achieve up to 98% single-ion detection efficiency, verified by calibrated ion-current measurements before and after implantation. The technique attains ~30 nm spatial resolution without requiring electrical contacts or device fabrication, in contrast to ion-beam-induced-current (IBIC) methods. We find that introducing a controlled SiO2 capping layer significantly enhances SE yield, consistent with an increased electron mean free path in the oxide, while maintaining high probability of successful ion deposition in the underlying substrate. The yield appears to scale with ion velocity, so higher projectile mass (e.g. Yb, Bi etc) requires increased energy to maintain detection efficiency. Our approach provides a robust and scalable route to precise donor placement and extends deterministic implantation strategies to a broad range of material systems and quantum device architectures.
- Abstract（参考訳）: シリコン中のグループVドナーをベースとしたスケーラブル量子デバイスには,単一ドーパントの確定的配置が不可欠である。
本研究では、集束イオンビーム(FIB)システムにおいて、二次電子(SE)を用いた個別イオン注入現象を検出する非破壊かつ高効率な方法を示す。
低エネルギーのSbイオンを非ドープシリコンに注入することにより、最大98%の単イオン検出効率を達成し、注入前後のイオン電流測定で検証した。
この技術は、イオンビーム誘起電流(IBIC)法とは対照的に、電気的接触やデバイス製造を必要とせず、約30nmの空間分解能が得られる。
制御したSiO2キャッピング層を導入すると, 酸化膜中の電子平均自由経路の増加とともにSE収率が著しく向上し, 基材中のイオン沈着の確率は高いことが判明した。
収率はイオン速度とともにスケールしているように見えるので、高い射影質量(例えばYb、Biなど)は検出効率を維持するためにエネルギーを増大させる必要がある。
我々のアプローチは、正確なドナー配置への堅牢でスケーラブルな経路を提供し、決定論的埋め込み戦略を幅広い材料システムや量子デバイスアーキテクチャにまで拡張する。
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