面向电可控硅 FinFET 自旋量子比特器件的可泛化 TCAD 框架
A Generalizable TCAD Framework for Silicon FinFET Spin Qubit Devices with Electrical Control
AI总结：
本文构建了可在 1 K 下工作的 TCAD 仿真框架，通过直流限制势定义与小信号交流分析提取量子点微波电场极化，并以五栅极双量子比特硅 FinFET 验证其可扩展性。
摘要：
我们提出了一种基于 TCAD 的仿真框架，面向硅 FinFET 平台中的量子点自旋量子比特，可实现自旋态的全电学控制。该框架适用于低至 1 K 的温度，由两步仿真链组成：首先利用直流偏置电压定义量子点限制势，随后通过小信号交流分析计算量子比特位置处的微波响应电场。在后处理步骤中，提取每个量子点处的平均电场极化矢量。我们通过仿真近期报道的一种五栅极硅 FinFET 形式的双量子比特器件，展示了该方法的功能。针对该器件，本文进一步研究了每个量子点中空穴数量对微波响应电场极化方向的影响。该框架能够方便地泛化，用于研究未来的多量子比特大规模系统。
英文摘要：
We present a TCAD-based simulation framework established for quantum dot spin qubits in a silicon FinFET platform with all-electrical control of the spin state. The framework works down to 1K and consists of a two-step simulation chain, from definition of the quantum dot confinement potential with DC bias voltages, to calculation of microwave response electric field at qubit locations using small-signal AC analysis. An average field polarization vector at each quantum dot is extracted via a post-processing step. We demonstrate functionality of this approach by simulation of a recently reported two-qubit device in the form of a 5-gate silicon FinFET. The impact of the number of holes in each quantum dot on the MW response E-field polarization direction is further investigated for this device. The framework is easily generalizable to study future multi-qubit large-scale systems.
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