Germanium quantum wells for semiconductor qubits

In the last few years, quantum computing has become a major research topic for the scientific community. Despite some exciting results, there has not yet been a real breakthrough for the implementation of the qubit. A promising realization is that formed by two coupled quantum dots, electrostatically defined in a two dimensional carrier gas. The main advantages of such a implementation are its long coherence time and its relatively straightforward integration with classical hardware. The purpose of this master's thesis is the realization and characterization of Ge/SiGe heterostructures, in which to confine a two dimensional hole gas. Heterostructures have been grown by LEPECVD (Low-Energy Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) at L-NESS. Transport properties of the hole gas have been analyzed at low temperature (down to 1.6 K) exploiting classical Hall effect and quantum Hall effect. Effective mass, mobility, sheet density of carriers, Dingle ratio, and critical density have been extracted for every sample studied.

Recentemente, il computer quantistico è divenuto un soggetto di ricerca di primissimo piano per la comunità scientifica mondiale. Nonostante alcuni risultati promettenti, una tipologia dominante di implementazione del qubit non si è ancora affermata. Una realizzazione promettente è costituita da due quantum dot accoppiati, definiti elettrostaticamente in un gas bidimensionale di portatori. I principali vantaggi di tale implementazione risiederebbero nell'elevato tempo di coerenza e nell'integrazione con l'hardware attuale. Lo scopo di questa tesi è la caratterizzazione di eterostrutture di Ge/SiGe in cui confinare il gas bidimensionale di portatori. Le strutture sono state cresciute sfruttando la tecnica LEPECVD (Low-Energy Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) in L-NESS. Le proprietà di trasporto del gas bidimensionale sono state analizzate a bassa temperatura (fino a 1.6 K) mediante effetto Hall classico ed effetto Hall quantistico. La massa efficace, la mobilità, la densità bidimensionale di portatori, il Dingle ratio e la densità critica sono stati estrapolati per ogni campione analizzato.