Cryogenic Characterization of 28 nm Bulk CMOS Technology for Quantum Computing
本文介绍了第一次实验研究和物理讨论的商业28纳米体CMOS技术的低温行为。在这里，我们提取的基本物理参数，该技术在300，77和4.2 K的基础上直流测量结果。提取的值，然后用来证明的影响，低温温度上的基本模拟设计参数。我们发现，简化的基于电荷的EKV模型可以准确地预测的低温行为。这代表了设计集成在先进的体CMOS工艺中并在低温下工作的量子计算控制系统的模拟/RF电路的主要步骤。
2018-06-04 cond-mat.mes-hall
Design and cryogenic operation of a hybrid quantum-CMOS circuit
非常小尺寸的绝缘体上硅纳米线晶体管在低温下表现出像库仑阻塞或单掺杂剂输运的量子效应。同样的工艺也可以生产出更大尺寸的优秀场效应晶体管（FET），从而可以设计集成电路。使用相同的过程，我们已经共同集成了一个基于FET的环形振荡器电路，在低温下工作，在纳米级器件的栅极上产生射频（RF）信号，显示库仑振荡。我们观察到整流的RF信号，在良好的协议与建模。
2015-03-13 cond-mat.mes-hall
Cryogenic performance of field-effect transistors and amplifiers based on selective area grown InAs nanowires
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2), CSIC and BIST（加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所（ICN2），西班牙国家研究委员会和巴塞罗那独立系统研究所）；ICREA（加泰罗尼亚高级研究院）；Center For Quantum Devices, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所量子设备中心）
本研究利用选区生长技术制备InAs纳米线场效应晶体管，表征了其低温特性及在集成电路和放大器中的应用表现，并讨论了晶体缺陷与工艺影响及改进策略。
2025-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A cryogenic amplifier for fast real-time detection of single-electron tunneling
我们采用低温高电子迁移率晶体管（HEMT）放大器，以增加与量子点接触（QPC）电荷传感器的电荷检测设置的带宽。HEMT工作在1K，电路带宽为1MHz。HEMT在高频下的噪声贡献仅比QPC的散粒噪声高几倍。我们使用这种设置来监测相邻量子点的单电子隧穿，我们测量的量子点占用波动短至400纳秒，比以前的工作快20倍。
2007-08-06 cond-mat.mes-hall
Performance of cryogenic microbolometers and calorimeters with on-chip coolers
在远红外和X射线波段对宇宙源进行天文观测需要极高的灵敏度。最灵敏的探测器是低温测辐射热计和热量计，通常工作在100 mK左右。冷却的最后阶段（从300 mK到100 mK）通常在系统复杂性和可靠性方面给空间实验带来重大困难。我们解决的可能性，使用制冷的基础上正常的金属/绝缘体/超导体（NIS）隧道结作为最后一级冷却器的低温热探测器。我们比较了两种可能的方案：直接冷却的检测器的电子气的援助NIS隧道结和间接冷却的方法，当检测器晶格冷却的制冷系统，而电子气的温度降低的电子-声子相互作用。后一种方法被发现允许至少一个数量级的改善，在检测器噪声等效功率相比，直接电子冷却。
2000-11-08 cond-mat.mes-hall
Cryogenic MOS Transistor Model
本文提出了一个基于物理的分析模型的MOS晶体管连续工作从室温到液氦温度（4.2 K）从耗尽到强反转和在线性和饱和制度。该模型的开发依赖于一维泊松方程和漂移扩散输运机制。麦克斯韦-玻尔兹曼近似的有效性证明在零开尔文的限制，作为一个结果，掺杂剂冻结出低温平衡。明确的MOS晶体管表达式，然后推导出包括不完全的掺杂剂电离，带隙加宽，迁移率降低，和界面电荷陷阱。界面俘获过程的温度依赖性解释了亚阈值摆动的测量值与深低温下的热极限之间的差异。所开发的模型的准确性进行了验证的实验结果上的商业可用的28纳米体CMOS工艺。该模型为低温CMOS电路仿真提供了物理精确的紧凑模型的核心表达式。
2018-06-06 cond-mat.mes-hall
A Modular Cryogenic Link for Microwave Quantum Communication Over Distances of Tens of Meters
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本文提出了一种模块化低温链路，实现超导电路系统在数十米距离内的量子信息交换，通过热模型优化设计，达到低于50mK的低温，支持分布式量子计算与通信。
2026-04-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantitative nanoscale vortex-imaging using a cryogenic quantum magnetometer
对超导体及其涡旋的微观研究在我们理解超导性的机制中起着关键作用。穿透深度或磁杂散场的局部测量使得能够获得超导体的基本方面，例如超流密度的纳米级变化或其序参量的对称性。然而，实验工具，提供定量的，纳米级的磁力测量和操作在大范围的温度和磁场相关，以解决许多悬而未决的问题，在超导性，仍然是失踪。在这里，我们展示了定量的，纳米级的磁成像的珍珠涡的铜酸盐超导体YBCO，使用扫描量子传感器的形式在一个单一的氮空位（NV）的电子自旋在金刚石。我们实现的传感器到样品的距离约为10 nm，使我们能够在我们的涡旋杂散场图像中观察到与流行的近似近似值的显著偏差，同时我们发现与Pearl的分析模型具有很好的定量一致性。我们的实验可以非侵入性且明确地确定系统在伦敦当地的渗透深度，并且很容易扩展到更高的温度和磁场。这些结果表明，潜在的定量量子传感器在基准微观模型的复杂的电子系统，并打开了大门，进一步探索强关联电子物理使用扫描NV磁力。
2015-11-09 cond-mat.mes-hall
Operating a phase-locked loop controlling a high-Q tuning fork sensor for scanning force microscopy
音叉传感器的扫描力显微镜在300 mK的操作中的实施进行了描述和激励的谐振子模型的传感器。这些传感器在低温下表现出非常高的品质因数。根据线性控制理论分析了由传感器、锁相环和传统的$z$反馈组成的嵌套反馈，并识别了系统的主要噪声源。它示出的嵌套反馈具有低通响应，并且锁相环和$z$反馈的最佳反馈参数可以从音叉谐振的知识单独确定，而不管尖端形状。该系统的优点相比，纯相位控制进行了讨论。
2001-12-21 cond-mat.mes-hall
CMOS on-chip thermometry at deep cryogenic temperatures
本文提出四种基于CMOS工业工艺的片上测温方法，覆盖毫开尔文至室温范围，并利用超导和库仑阻塞等低温现象实现高灵敏度局部温度监测。
2023-08-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
On-chip cryogenic multiplexing of Si/SiGe quantum devices
本文提出将片上FET多路复用电路与Si/SiGe量子器件集成，实现控制布线减少近十倍，并在16个霍尔棒阵列中验证低温量子霍尔效应，为大规模硅量子处理器的有限连接读出提供方案。
2024-10-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Method for efficient large-scale cryogenic characterization of CMOS technologies
本文提出一种基于片上多路复用器和开尔文感测的低温表征方法，在4.2 K下实现数千个CMOS晶体管的高效批量DC测量，为量子计算低温电子学的PDK建模与仿真提供关键数据支持。
2024-11-14 cond-mat.mes-hall
Transition Edge Sensor Thermometry for On-chip Materials Characterization
用于空间科学应用的下一代超低噪声低温探测器需要继续探索低温下的材料特性。目前的过渡边缘传感器（TES）的低噪声和良好的能量灵敏度允许测量介观系统的热参数与前所未有的精度。我们描述了一种用于在低温（低于约3K）下差分测量材料特性的辐射测量技术。该技术依赖于非常宽带的热辐射，耦合之间的阻抗匹配的电阻器，终止Nb超导微带和功率交换使用TES测量。TES提供快速、时间分辨测温的能力进一步扩展了参数空间：例如，研究随时间变化的热容。隔离结构的热特性可以在几何形状中测量，从而消除了对复杂的附加组件（例如温度计本身的电线）的需要。差分测量可以轻松监测低温环境中的温度漂移。该技术使用迅速，易于校准。将讨论初步结果。
2011-01-31 astro-ph.IM cond-mat.mes-hall
DC Cryogenic Modeling of Open-Source SkyWater 130 nm MOSFETs at 77 K Using BSIM4
The University of Texas at Arlington（德克萨斯大学阿灵顿分校）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）；Wellesley College（韦尔斯利学院）；Rice University（莱斯大学）
针对高能物理低温应用，基于开源SkyWater 130 nm CMOS工艺，通过直流特性测量和BSIM4模型，实现了77 K下低阈值电压晶体管的精确建模，平均误差约20%。
2026-10-21 cond-mat.mes-hall hep-ex
A Low Temperature Functioning CoFeB/MgO Based Perpendicular Magnetic Tunnel Junction for Cryogenic Nonvolatile Random Access Memory
研究了CoFeB/MgO基垂直磁性隧道结（pMTJ）的准静态开关电压、高速脉冲写入误码率和低至9 K的耐温性能。pMTJ器件表现出高的磁阻（>120%）和可靠的（错误率<10-4）双向开关，具有2至200 ns的电压脉冲。在相同的写入条件下，器件在9 K下的耐久性超过300 K的耐久性三个数量级，在10 ns写入脉冲下工作超过10^12个周期。与350 K时的临界开关电压相比，9 K时的临界开关电压随脉冲宽度的增加而增加33%~ 93%。对毯式pMTJ膜堆叠的铁磁共振和磁化测量表明，增加的切换电压与随着温度降低的自由层的有效磁各向异性和磁化的增加相关联。我们的工作表明，基于CoFeB/MgO的pMTJ具有实现低温MRAM的巨大潜力，并且其低温磁化强度和有效磁各向异性可以进一步优化以降低操作功率并提高耐久性。
2019-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
A Cryogenic Interface for Controlling Many Qubits
一台按比例放大的量子计算机将需要一个高效的控制接口，可以自主操纵和读取大量的量子位，对于固态实现来说，这些量子位通常保持在毫开尔文（mK）温度下。先进的CMOS技术与量子系统紧密集成，是实现这种控制接口的理想选择，但通常会因其功耗而打折，导致脆弱的量子位发热。在这里，我们展示了一个超低功耗，基于CMOS的量子控制平台，它以数字命令为输入，并生成许多并行的量子位控制信号。通过使用100，000个在100 mK附近工作的晶体管实现，我们的平台通过利用晶体管在低温下的低泄漏来将电荷存储在用于调整量子器件的浮栅结构上，从而减少了对每个量子位的单独控制线的需求。然后，这种电荷可以在片上电容器之间快速洗牌，以生成动态量子位控制所需的快速电压脉冲。我们基准这种架构上的量子点测试设备，显示出成千上万的栅电极的控制是可行的商用稀释制冷机的冷却功率内。
2019-12-03 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
