$^{28}$ Si-SOI结构中砷施主的Stark位移和场致电离
Stark shift and field ionization of arsenic donors in $^{28}$Si-SOI structures
摘要：
我们开发了一种用于低温下工作的绝缘体上硅（SOI）器件的高效背栅，并利用这种结构测量了同位素纯化的$^{28}$ Si-SOI层中砷施主的二次超精细斯塔克位移参数。使用MeV离子注入通过SOI层实现背栅，从而在处理晶片中形成金属电极，使得能够在SOI层上施加高达$\sim$ 2 V/ $μ$ m的大且均匀的电场。利用这种结构，我们测量了镶嵌在$^{28}$ Si SOI层中的砷施主的Stark位移参数，得到了接触超精细Stark参数为$η_a=-1.9\pm0.2\times10^{-3} μ$ m $^2$ /V $^2$ .我们还展示了电场驱动的掺杂剂电离的SOI器件层，测量电子自旋共振。
英文摘要：
We develop an efficient back gate for silicon-on-insulator (SOI) devices operating at cryogenic temperatures, and measure the quadratic hyperfine Stark shift parameter of arsenic donors in isotopically purified $^{28}$Si-SOI layers using such structures. The back gate is implemented using MeV ion implantation through the SOI layer forming a metallic electrode in the handle wafer, enabling large and uniform electric fields up to $\sim$ 2 V/$μ$m to be applied across the SOI layer. Utilizing this structure we measure the Stark shift parameters of arsenic donors embedded in the $^{28}$Si SOI layer and find a contact hyperfine Stark parameter of $η_a=-1.9\pm0.2\times10^{-3} μ$m$^2$/V$^2$. We also demonstrate electric-field driven dopant ionization in the SOI device layer, measured by electron spin resonance.
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