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001000385 001__ 1000385 001000385 005__ 20250930153901.0 001000385 0247_ $$2HBZ$$aHT030937323 001000385 0247_ $$2Laufende Nummer$$a43959 001000385 0247_ $$2datacite_doi$$a10.18154/RWTH-2025-00316 001000385 037__ $$aRWTH-2025-00316 001000385 041__ $$aEnglish 001000385 082__ $$a530 001000385 1001_ $$0P:(DE-588)1355073413$$aNeul, Malte$$b0$$urwth 001000385 245__ $$aDesigns and procedures for the characterization of Si/SiGe quantum devices$$cvorgelegt von Malte Neul, M.Sc.$$honline 001000385 260__ $$aAachen$$bRWTH Aachen University$$c2024 001000385 260__ $$c2025 001000385 300__ $$a1 Online-Ressource : Illustrationen 001000385 3367_ $$02$$2EndNote$$aThesis 001000385 3367_ $$0PUB:(DE-HGF)11$$2PUB:(DE-HGF)$$aDissertation / PhD Thesis$$bphd$$mphd 001000385 3367_ $$2BibTeX$$aPHDTHESIS 001000385 3367_ $$2DRIVER$$adoctoralThesis 001000385 3367_ $$2DataCite$$aOutput Types/Dissertation 001000385 3367_ $$2ORCID$$aDISSERTATION 001000385 500__ $$aVeröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2025 001000385 502__ $$aDissertation, RWTH Aachen University, 2024$$bDissertation$$cRWTH Aachen University$$d2024$$gFak01$$o2024-12-05 001000385 5203_ $$aDie Entwicklung von universellen Quantencomputern verspricht einen Paradigmenwechsel, wobei elektrostatisch-definierte Einzelelektronen-Spin-Qubits in Silizium/Silizium-Germanium (Si/SiGe)-Heterostrukturen (HS) als vielversprechende Kandidaten gelten. Trotz ihrer vorteilhaften Materialeigenschaften wie geringe Spin-Bahn-Kopplung und Möglichkeiten für die Isotopenreinigung sind diese Qubits empfindlich gegenüber den Gegebenheiten in ihrer Umgebung, was zu signifikanter Varianz zwischen Proben führt. In dieser Arbeit werden Ansätze entwickelt, um diese Probenvarianz zu charakterisieren und zu reduzieren. Eine systematische Messmethode zur Untersuchung der Aufladung in gesteuerten Si/SiGe-HS wird vorgestellt. Durch iterative Charakterisierungszyklen werden zwei verschiedene Ladungssignaturen definiert und der gemessene stabile Betriebsbereich von 33 Geräten mit Simulationen verglichen. Die Beobachtungen legen nahe, dass der stabile Betriebsbereich hauptsächlich durch das Auftreten von Ausgleichspfaden begrenzt ist, und nicht durch die Dichte von Fallenzuständen. Ein Ansatz zur Gestaltung neuer Elektrodenanordnungen basierend auf elektrostatischen Simulationen wird präsentiert, der genaue Verhaltensvorhersagen ermöglicht, die mit dem gemessenen Verhalten von Proben übereinstimmen. Dieser Ansatz wird verwendet, um eine Anordnung zum Kartieren von Ladungsrauschen zu entwickeln, die eine effiziente Ausnutzung der verfügbaren Spannungsleitungen hat. Erste Messungen zeigen die Notwendigkeit von systematischen und automatisierten Verfahren zur Einstellung der Elektrodenspannungen, um eine zeiteffiziente Datenerzeugung zu erreichen. Zusätzlich wird das Verhältnis der Herstellungszuverlässigkeit der Elektroden und der Ausbeute von funktionsfähigen Ladungssensoren untersucht. Eine nahezu perfekte Herstellungszuverlässigkeit ist notwendig damit großangelegten Elektrodenanordnungen effizient eingesetzt werden können. Die Übertragung einer Elektrodenanordnung für industrielle Fertigungsprozesse mittels Simulationen wird untersucht und zeigt eine Robustheit gegenüber den beobachteten Fertigungstoleranzen. Des Weiteren wird das Ausnutzung von lokalem aufheizten mittels Laser zur Aktivierung phosphorimplantierter Ohmscher Kontakte untersucht. Optische Kalibrierungsstudien zeigen, dass die Laserleistung der ausschlaggebende Parameter ist, wobei die Leistungsanforderungen hauptsächlich von den Details des virtuellen Substrats abhängen. Für eine, mittels Laser aktivierten, Probe wird ein Kontaktwiderstand von 530 Ω bei einer Temperatur von 4.2 K erreicht, während eine Laser aktivierte Hall Sonde Transporteigenschaften aufweist, die denen eines in einem Ofen aktivierten Referenzproben gleichwertig oder überlegen sind, mit einer Elektronenbeweglichkeit von μ=2.4x105 cm2V-1s-1 bei einer Elektronendichte von n=5.0x1011cm-2.$$lger 001000385 520__ $$aThe development of universal quantum computers promises a paradigm shift in problem-solving, with gate-defined single-electron spin qubits in silicon/silicon-germanium (Si/SiGe) heterostructures emerging as promising candidates. Despite their advantageous material properties, such as low spin-orbit coupling and isotropic purification options, these qubits are sensitive to environmental fluctuations, leading to significant inter-device variability. In this thesis, approaches are developed and investigated for characterizing and mitigating this inter-device variability. A systematic measurement method for investigating charging in gated Si/SiGe heterostructures is presented. Through iterative characterization cycles with increasing gate voltages, two distinct charging signatures are defined and the measured stable operation range of 33 devices is compared to simulations. The observations suggest that the stable operating range is primarily limited by the occurrence of equalization paths rather than the density of trap states. An approach for designing new gate layouts based on electrostatic simulations is presented, enabling accurate behavior predictions that are consistent with device measurements. This approach is employed to devise a voltage-line efficient gate layout for mapping charge noise over a large area. Initial measurements of the designed layout underscore the necessity for systematic and automated tuning procedures to ensure time-efficient data generation. Additionally, the relationship between the gate yield and the yield of functioning charge sensors is investigated, showing that a near-perfect gate yield is required to benefit from large devices. The adaptation of a gate layout for industrial fabrication processes is also studied using simulations, which indicate that the device can be operated reliably even when fabrication tolerances are considered. Furthermore, an alternative annealing method based on local laser heating for activating phosphorus-implanted Ohmic contacts is evaluated. Optical calibration studies show laser power as decisive parameter, whereby the power requirement depends primarily on virtual substrate details. A contact resistance of 530 Ω at 4.2 K is achieved for a laser-annealed sample, while a laser-annealed Hall bar exhibits transport properties equal to or superior to a furnace-annealed reference, with an electron mobility of μ = 2.4x105 cm2V-1s-1 at an electron density of n = 5.0x1011cm-2.$$leng 001000385 588__ $$aDataset connected to Lobid/HBZ 001000385 591__ $$aGermany 001000385 653_7 $$aannealing 001000385 653_7 $$acharge noise 001000385 653_7 $$alaser annealing 001000385 653_7 $$aquantum 001000385 653_7 $$aquantum computing 001000385 653_7 $$asemiconductor 001000385 653_7 $$asilicon 001000385 653_7 $$asilicon germanium 001000385 7001_ $$0P:(DE-82)IDM00099$$aBluhm, Jörg$$b1$$eThesis advisor$$urwth 001000385 7001_ $$0P:(DE-82)IDM01469$$aKnoch, Joachim$$b2$$eThesis advisor$$urwth 001000385 8564_ $$uhttps://publications.rwth-aachen.de/record/1000385/files/1000385.pdf$$yOpenAccess 001000385 8564_ $$uhttps://publications.rwth-aachen.de/record/1000385/files/1000385_source.zip$$yRestricted 001000385 909CO $$ooai:publications.rwth-aachen.de:1000385$$pdnbdelivery$$pdriver$$pVDB$$popen_access$$popenaire 001000385 9101_ $$0I:(DE-588b)36225-6$$6P:(DE-588)1355073413$$aRWTH Aachen$$b0$$kRWTH 001000385 9101_ $$0I:(DE-588b)36225-6$$6P:(DE-82)IDM00099$$aRWTH Aachen$$b1$$kRWTH 001000385 9101_ $$0I:(DE-588b)36225-6$$6P:(DE-82)IDM01469$$aRWTH Aachen$$b2$$kRWTH 001000385 9141_ $$y2024 001000385 915__ $$0StatID:(DE-HGF)0510$$2StatID$$aOpenAccess 001000385 9201_ $$0I:(DE-82)132210_20140620$$k132210$$lLehrstuhl für Experimentalphysik und II. Physikalisches Institut$$x0 001000385 9201_ $$0I:(DE-82)130000_20140620$$k130000$$lFachgruppe Physik$$x1 001000385 961__ $$c2025-02-13T09:52:41.276600$$x2025-01-12T09:26:03.560375$$z2025-02-13T09:52:41.276600 001000385 9801_ $$aFullTexts 001000385 980__ $$aI:(DE-82)130000_20140620 001000385 980__ $$aI:(DE-82)132210_20140620 001000385 980__ $$aUNRESTRICTED 001000385 980__ $$aVDB 001000385 980__ $$aphd