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O carboneto de silício (SiC) é um semicondutor com tecnologias relacionadas maduras, dopagem controlável tipo p e tipo n e tecnologia madura de nanofabricação. No entanto, atualmente, é necessário revelar as características de coerência, o tempo de decaimento T1 e o processo de relaxamento de spin longitudinal dos pontos quânticos de vacância dupla para seus processos dinâmicos de desacoplamento e detecção.
Uma equipe de pesquisa conduziu um estudo sistemático sobre a dinâmica de relaxamento de spin de pontos quânticos de vacância dupla em 4H-SiC. A equipe de pesquisa investigou primeiro a dependência do campo magnético da mistura de spin causada por diferentes spins no ambiente local de pontos quânticos de vacância dupla e demonstrou que centros de vacância dupla adjacentes e centros de vacância de silício de spin 3/2 geram múltiplos modos de relaxamento com múltiplos picos de relaxamento. Os modos de relaxamento de spin com diferentes dependências do campo magnético podem ser identificados e estudados através de meios ópticos para o ambiente local de um indivíduo ou de um grupo de pontos quânticos de vacância dupla.
Posteriormente, o autor simulou a correlação de concentração entre o campo magnético e o tempo de relaxação de spin T1 dos defeitos de spin mais relevantes no SiC. Em amostras de alta pureza, a principal contribuição não térmica para o relaxamento do spin vem do slot de spin nuclear 29Si, que maximiza o tempo médio geral T1 em 100 ms em baixas temperaturas, longe da ressonância GSLAC. Para configurações de spin nuclear adjacentes, o tempo de relaxamento pode ser reduzido para 40 ms sob campo magnético zero.
Fig. 1 Diagrama de valores aproximados usados nos cálculos de relaxação de spin dipolo
Figura 2a. Relaxamento causado pelos spins nucleares 29Si (linha sólida azul escura) e 13C (linha sólida azul clara); b. Correlação do campo magnético da taxa de relaxamento do spin longitudinal causada por defeitos pontuais de spin-1/2 de várias concentrações.
É importante notar que o tempo limitado de relaxamento de spin do slot de spin 29Si é equivalente ou até menor que o tempo de coerência do subespaço de pontos quânticos de dupla vacância com proteção de decoerência (64ms). Neste caso, o relaxamento do spin longitudinal pode ser o principal fator que limita o tempo de vida de subespaços protegidos coerentes. Além disso, o autor também demonstrou que o relaxamento do spin bipolar causado por defeitos pontuais paramagnéticos pode ter implicações significativas em amostras de implantação iônica. A fórmula analítica fornecida por este estudo pode ser usada para estimar o T1 de uma determinada amostra com concentrações conhecidas de defeitos de spin, bem como para analisar T1 medido experimentalmente, a fim de estimar a concentração local de defeitos de spin de pontos quânticos de vacância dupla. Usando o último método, o autor descobriu que em amostras implantadas com íons N2, a concentração local de defeitos pontuais paramagnéticos pode atingir até 4×1018cm-3, e o tempo de coerência máximo é de cerca de 0,5 ms, que é apenas metade dos 1,3 ms da abundância isotópica natural de 4H-SiC.
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