論文の概要: Modelling the Impact of Device Imperfections on Electron Shuttling in SiMOS devices

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.03853v1
• Date: Wed, 03 Dec 2025 14:53:12 GMT
• ステータス: 情報取得中
• システム内更新日: 2025-12-04 12:02:53.027023
• Title: Modelling the Impact of Device Imperfections on Electron Shuttling in SiMOS devices
• Title（参考訳）: SiMOS素子の電子シャットリングに及ぼすデバイス欠陥の影響のモデル化
• Authors: Jack J. Turner, Christian W. Binder, Guido Burkard, Andrew J. Fisher,
• Abstract要約: リアルなSiMOSデバイスでコンベアベルト・チャージシャットリングの3次元シミュレーションを行う。 我々は, 酸化物界面粗さ, ゲート形成不良, 輸送路沿いの電荷欠陥など, 典型的なSiMOSデバイスの可能性に注目した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Extensive theoretical and experimental work has established high-fidelity electron shuttling in Si/SiGe systems, whereas demonstrations in Si/SiO2 (SiMOS) remain at an early stage. To help address this, we perform full 3D simulations of conveyor-belt charge shuttling in a realistic SiMOS device, building on earlier 2D modelling. We solve the Poisson and time-dependent Schrodinger equations for varying shuttling speeds and gate voltages, focusing on potential pitfalls of typical SiMOS devices such as oxide-interface roughness, gate fabrication imperfections, and charge defects along the transport path. The simulations reveal that for low clavier-gate voltages, the additional oxide screening in multi-layer gate architectures causes conveyor-belt shuttling to collapse to the bucket-brigade mode, inducing considerable orbital excitation in the process. Increasing the confinement restores conveyor-belt operation, which we find to be robust against interface roughness, gate misalignment, and charge defects buried in the oxide. However, our results indicate that defects located at the Si/SiO2-interface can induce considerable orbital excitation. For lower conveyor gate biases, positive defects in the transport channel can even capture passing electrons. Hence we identify key challenges and find operating regimes for reliable charge transport in SiMOS architectures.
• Abstract（参考訳）: Si/SiO2(SiMOS)の実証は初期段階に留まっているが、Si/SiGe系では高忠実性電子シャットリングが確立されている。 この問題を解決するために、コンベヤベルトのチャージシャットリングの3次元シミュレーションを現実的なSiMOSデバイスで行う。 我々は, 酸化膜界面粗さ, ゲート形成不良, 電荷欠陥などのSiMOS素子の潜在的な落とし穴に着目し, シャットリング速度とゲート電圧の異なるポアソンおよび時間依存シュロディンガー方程式を解く。 シミュレーションにより,低クラビエゲート電圧の場合,多層ゲート構造における酸化膜スクリーニングにより,コンベヤベルトのシャットリングがバケット・ブリガドモードに崩壊し,その過程でかなりの軌道励起が生じることがわかった。 閉じ込めの増大はコンベヤベルト操作を回復させ, 界面粗さ, ゲートの不整合, および酸化膜に埋没した電荷欠陥に対して堅牢であることがわかった。 しかし, この結果から, Si/SiO2界面の欠陥がかなりの軌道励起を引き起こすことが示唆された。 低いコンベアゲートバイアスでは、輸送チャネルの正の欠陥は通過する電子を捕捉する。 そこで我々は,SiMOSアーキテクチャにおいて重要な課題を特定し,信頼性の高い電荷輸送のための運用体制を見出す。

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