論文の概要: Amorphization-Depth-Dependent Bismuth Redistribution and Activation in Silicon for Quantum Devices
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.35993v1
- Date: Mon, 26 Oct 2026 12:40:49 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-28 21:04:31.38313
- Title: Amorphization-Depth-Dependent Bismuth Redistribution and Activation in Silicon for Quantum Devices
- Title（参考訳）: 量子デバイス用シリコンのアモルファス依存性ビスマス再分配と活性化
- Abstract要約: 表面近傍のビスマスドナーは、豊富な電子核スピン構造と長いスピンコヒーレンスのため、シリコン量子デバイスに期待できる。
20keV BiのSiへの直接注入およびSi前アモルファス化後における再分配と電気的活性化の比較を行った。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Near-surface bismuth donors are promising for silicon quantum devices because of their rich electron-nuclear spin structure and long spin coherence, but their electrical activation is strongly influenced by implantation-induced amorphization. We compare redistribution and electrical activation of 20 keV Bi implanted directly into Si and after Si preamorphization. The two routes produce amorphous-layer depths of approximately 47 nm and 177 +/- 15 nm, respectively. After annealing at 650 C for 300 s, Rutherford backscattering spectrometry and channeling reveal comparable substitutional Bi fractions of 91 +/- 2% and 89 +/- 4%, whereas Hall measurements indicate Hall-derived electrical activation yields of approximately 60% and 90%, respectively. Depth-resolved ion-scattering analysis reveals a buried Bi-related feature at or beyond the initial amorphous/crystalline interface, within the end-of-range region, together with increasing surface segregation at higher annealing temperatures. The buried feature is consistent with trapping near residual end-of-range defects. X-ray photoelectron spectroscopy and low-temperature photoluminescence on the Bi-only sample reveal no resolvable Bi-oxide contribution and a donor-related optical signature, respectively. These results show that amorphization depth and regrowth geometry govern Bi redistribution and influence electrical activation beyond substitutional incorporation alone.
- Abstract（参考訳）: 表面近傍のビスマスドナーは、その豊富な電子核スピン構造と長いスピンコヒーレンスにより、シリコン量子デバイスに期待できるが、その電気的活性化は注入誘起アモルファス化の影響を強く受けている。
20keV BiのSiへの直接注入およびSi前アモルファス化後における再分配と電気的活性化の比較を行った。
2つの経路は、それぞれ約47nmと177+/-15nmの非晶質層深さを生成する。
300秒間650Cで焼鈍した後、ラザフォード後方散乱分光法とチャネル化法により、91+/-2%と89+/-4%の置換Bi分画が得られた。
深さ分解イオン散乱分析により, 初期非晶質/結晶界面, 端領域内における埋没Bi関連特性と, 高熱処理温度における表面偏析の増大が明らかになった。
埋没した特徴は、残留するエンド・オブ・レンジ欠陥のトラップと一致している。
試料中のX線光電子分光法と低温発光法では, それぞれ解離可能なBi酸化物の寄与やドナー関連光学的シグネチャは示されていない。
これらの結果から, アモルファス化深度と再成長幾何がBiの再分配を制御し, 置換型以外の電気的活性化に影響を与えることが示唆された。
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