BAUELEMENT UND HERSTELLUNGSVERFAHREN

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Anmeldung betri f ft das Implantieren von Ionen, insbesondere ein Verfahren zur deterministischen Implantation einzelner Ionen in Festkörper und deren anschließenden Nachweis . Weitere Aspekte der Anmeldung betref fen eine zur deterministischen Implantation einzelner Ionen eingerichtete lonen- f einstrahlanlage , Bauelemente zur Signal- und oder Informationsverarbeitung, insbesondere Quantenbauelemente , sowie ein Verfahren zur Herstellung von Bauelementen, insbesondere Quantenbauelementen .

HINTERGRUND

Neuere Bauelemente zur Signal- und oder Informationsverarbeitung, insbesondere Bauelemente zur Quanteninformationsverarbeitung, beruhen auf der quantenmechanischen Kopplung zwischen einzelnen Atomen, die in einem geeigneten Festkörper in definierten Abständen zueinander angeordnet sind . Dazu werden die Atome einzeln implantiert .

Der Einschlag einzelner Ionen auf dem Festkörper kann beispielsweise durch die Detektion von durch den Einschlag ausgelöste Sekundärelektronen oder durch einen im Festkörper integrierten Detektor nachgewiesen werden, wobei die Emiss ion und der Nachweis von Sekundärelektronen derzeit nicht mit ausreichend hoher Sicherheit erfolgen und wobei sich Detektoren mit vertretbarem Aufwand nur in Festkörpern aus speziellen Materialien realisieren lassen . Den Aus führungs formen der vorliegenden Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde , einzelne Atome derart in Festkörper zu implantieren, dass die einzelnen Atome mit hoher lateraler Präzision in den Festkörper eingebracht und das Einbringen des j eweiligen Atoms eindeutig nachgewiesen werden kann .

Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche gelöst . Vorteilhafte Aus führungs formen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen .

Die nachfolgenden Figuren illustrieren Aus führungs formen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Implantieren von Atomen in Festkörper, einer lonenf einstrahlanlage , eines Betriebsverfahrens für eine lonenf einstrahlanlage und eines Bauelements zur Signal- und oder Informationsverarbeitung . Die in den Figuren gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht notwendigerweise zueinander maßstabsgetreu dargestellt . Gleiche Bezugs zeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechende Elemente und Strukturen .

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

FIG . 1 zeigt ein vereinfachtes schematisches Blockschaltbild einer Feinstrahlionenanlage für lonen-Cluster gemäß einer Aus führungs form .

FIG . 2 zeigt ein vereinfachtes schematisches Blockschaltbild einer Feinstrahlionenanlage für lonen-Cluster gemäß einer Aus führungs form mit einem Elektronenstrahlsystem zum Nachweis von Atomen des Nachweis-Elements .

FIG . 3 zeigt eine vereinfachte Draufsicht auf ein Substrat nach der Implantation von heterogenen lonen-Clustern an Gitterpunkten eines hori zontalen Gitters mit quadratischen Maschen zur Darstellung von Ef fekten des Verfahrens zum Implantieren von Ionen gemäß einer weiteren Aus führungs form .

FIG . 4 zeigt einen vereinfachten Querschnitt durch einen Abschnitt eines Quantenbauelements nach einer weiteren Aus führungs form .

DE TAI LBE S CHRE I BUNG

In der folgenden aus führlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen . Die beigefügten Zeichnungen bilden einen Tei l der Beschreibung und zeigen zur Veranschaulichung spezi fische Aus führungs formen, die die Erfindung realisieren können . Richtungsterminologie wie etwa „oben" , „unten" , „vorne" , „hinten" , „vorderes" , „hinteres" , usw . wird mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur ( en) verwendet . Die Komponenten der Aus führungs formen können entlang unterschiedlicher Orientierungen ausgerichtet werden . Insoweit dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keinerlei Weise einschränkend auf zufassen . Neben den gezeichneten Aus führungs formen gibt es weitere Aus führungs formen . An den in den Figuren dargestellten und/oder im Weiteren beschriebenen Aus führungs formen können strukturelle oder andere Änderungen vorgenommen werden, ohne dass dabei vom beanspruchten Gegenstand abgewichen wird . Merkmale der beschriebenen Aus führungs formen können miteinander kombiniert werden, sofern sich nicht ausdrücklich oder inhärent etwas anderes ergibt .

In der folgenden Beschreibung umfasst der Begri f f Atom sowohl das ungeladene Atom als auch j edes Ion davon . Der Begri f f Strahlengang bezeichnet im Folgenden den Raum, den die Bahnkurven der Ionen eines lonenstrahls überstreichen können .

Ein Aspekt der vorliegenden Of fenbarung betri f ft ein Verfahren zum Implantieren von Atomen . Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines heterogenen lonen-Clusters , wobei der lonen-Cluster ein Ziel-Element und mindestens ein Nachweis- Element aufweist . Das Nachweis-Element weist einen atomaren optischen Übergang und/oder einen Röntgenübergang von einem angeregten zu einem energiearmen Zustand auf . Der lonen- Cluster wird fokussiert und beschleunigt . Mit dem fokussierten und beschleunigten lonen-Cluster wird eine Hauptfläche eines Festkörpers beaufschlagt , wobei der lonen-Cluster an oder nahe einer vorgegebenen Soll-Position auf der Hauptfläche in den Festkörper implantiert wird, d . h . einschlägt .

Insbesondere bezieht sich das Verfahren auf die deterministische Implantation einzelner lonen-Cluster, beispielsweise im Rahmen einer Implantation mittels einer Feinionenstrahlanlage (Englisch : focused ion beam Implanter ) .

Dazu wird mindestens ein heterogener lonen-Cluster ( auch : heterogenes ionisches Cluster, multi-elementarer lonen- Cluster ; Englisch : heterogeneous cluster ion) bereitgestellt , der Atome mindestens zweier verschiedener Elemente umfasst .

Mindestens eines der mindestens zwei Atome ist ein Atom des Ziel-Elements und mindestens ein anderes ein Atom des Nachweis-Elements . Ein einzelnes Atom des Ziel-Elements ist schlechter nachweisbar als ein einzelnes Atom des Nachweis- Elements . Beispielsweise weist das Nachweis-Element einen atomaren optischen Übergang und/oder einen atomaren

Röntgenübergang von einem angeregten zu einem energiearmen Zustand auf und das Ziel-Element nicht . Alternativ weisen sowohl das Ziel-Element als auch das Nachweiselement mindestens einen atomaren optischen Übergang oder einen atomaren Röntgenübergang von einem angeregten zu einem energiearmen Zustand auf , wobei sich mindestens ein atomarer optischer Übergang oder Röntgenübergang des Nachweis-Elements von einem angeregten zu einem energiearmen Zustand einfacher und/oder mit höherer örtlicher Auflösung detektieren lässt al s j eder atomare optische Übergang und Röntgenübergang des Ziel- Elements .

Der Übergang vom angeregten zum energiearmen Zustand kann ein optischer Übergang sein, wobei die abgegebene Strahlung Infrarot-Strahlung, sichtbares Licht oder UV-Strahlung enthält , oder ein Röntgenübergang, wobei die abgegebene Strahlung Röntgenstrahlung ist .

Beispielsweise kann der lonen-Cluster genau ein Atom des Ziel- Elements aufweisen . Der lonen-Cluster kann beispielsweise auch genau ein Atom genau eines Nachweis-Elements aufweisen . Neben den Atomen des Ziel-Elements und des Nachweis-Elements oder der Nachweis-Elemente kann der lonen-Cluster ein oder mehrere Atome eines weiteren Elements oder weiterer Elemente umfassen . Es kann j edoch auch vorgesehen sein, dass der lonen-Cluster neben dem Atom oder den Atomen des Ziel-Elements und dem Atom oder den Atomen des Nachweis-Elements keine Atome eines weiteren Elements aufweist .

Fokussiert wird der lonen-Cluster beispielsweise durch elektrostatische und/oder magnetische Linsen, die einen Strahlengang des lonen-Clusters auf der Hauptfläche des Festkörpers auf eine Strahlquerschnitts fläche von wenigen Quadratnanometern verengen . Beschleunigt wird der lonen- Cluster beispielsweise durch ein von Beschleunigungselektroden erzeugtes elektrisches Feld .

Der Festkörper, in den der lonen-Cluster implantiert wird, ist beispielsweise ein Substrat zur Herstellung von Bauelementen zur Signal- und/oder Informationsverarbeitung, insbesondere von Quantenbauelementen . Beispielsweise ist oder umfasst der Festkörper ein Diamantsubstrat oder ein Halbleitersubstrat . Die Hauptfläche , auf der der lonen-Cluster einschlägt , kann eine ebene Arbeits fläche des Festkörpers sein, auf der im Weiteren eine Struktur zur Manipulation des implantierten Atoms des Ziel-Elements ausgebildet wird .

Jeder lonen-Cluster tri f ft an oder zumindest nahe einer vorgegebenen lateralen Soll-Position auf der Hauptfläche in den Festkörper auf . Der maximale laterale Abstand des Aufschlagortes des lonen-Clusters von der Soll-Position wird durch den Radius der Querschnitts fläche des Strahlengangs auf der Hauptfläche vorgegeben . Ein Aufschlag innerhalb der zur Soll-Position zentrierten Querschnitts fläche des Strahlengangs auf der Hauptfläche gilt im Folgenden als Aufschlag an oder nahe der vorgegebenen Soll-Position .

Der Radius der Querschnitts fläche des Strahlengangs auf der Hauptfläche hängt vom Anlagentyp und dem Typ des implantierten lonen-Clusters ab . Beispielsweise kann der lonen-Cluster derart fokussiert werden, das s eine laterale Abweichung eines Einschlags des lonen-Clusters von der Soll-Position maximal l O Onm, maximal 30nm oder maximal 20nm beträgt . Entsprechend kann der Radius der Querschnitts fläche des Strahlengangs auf der Hauptfläche des Festkörpers l O Onm betragen oder kleiner als l O Onm sein, z . B . 30nm oder 20nm . Der lonen-Cluster kann beim Aufschlag zerfallen, wobei die Bestandteile des lonen-Clusters im Festkörper lateral gestreut werden können . Die Bestandteile des lonen-Clusters werden im Festkörper abgebremst , lateral gestreut und kommen innerhalb eines lateralen Streuradius um den Aufschlagort zur Ruhe .

Beispielsweise zerfällt der lonen-Cluster in ein Atom oder mehrere Atome des Nachweis-Elements und in ein Atom oder mehrere Atome des Ziel-Elements . Der Streuradius für das Nachweis-Element und der Streuradius für das Ziel-Element sind in der Regel unterschiedlich . Der maximale laterale Abstand zwischen dem implantierten Atom des Ziel-Elements und dem implantierten Atom des Nachweis-Elements kann durch die Summe der Streuradien beider Atome abgeschätzt werden .

Kann die Verteilung der implantierten Atome um die Soll- Position durch eine an der Soll-Position zentrierte Gauß- Verteilung angenähert werden, dann kann man die Standardabweichung der Gauß-Verteilung als einen mittleren Streuradius auf fassen . Beispielsweise beträgt der mittlere Streuradius für mit einer Beschleunigungsenergie von l O OkeV in ein Diamantsubstrat implantierte Kohlenstof f atome etwa 50nm und für mit einer Beschleunigungsenergie von 20keV in ein Sili ziumsubstrat implantierte Wismutatome etwas 4nm .

Die gemeinsame Implantation (Koimplantation) von Atomen des Ziel-Elements mit Atomen des Nachweis-Elements ermöglicht einen indirekten aber sicheren Nachweis bzw . eine sichere quantitative Bestimmung der implantierten Atome des Ziel- Elements durch den Nachweis bzw . die quantitative Bestimmung der Atome des Nachweis-Elements auf Basis dessen atomaren optischen Übergangs bzw . dessen Röntgenübergangs . Nach einer Aus führungs form wird eine Mehrzahl der lonen- Cluster erzeugt und werden die erzeugten lonen-Cluster vor dem Beaufschlagen der Hauptfläche derart vereinzelt , dass innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums mit einer Wahrscheinlichkeit von über 0 . 05% und unter 100% genau einer der lonen-Cluster an der vorgegebenen Soll-Position implantiert wird .

Die lonen-Cluster können von einer Einzelionenquelle einzeln abgegeben, aus einer lonenfalle einzeln entlassen oder durch geeignete Blenden im Strahlengang aus einer Menge von gleichartigen lonen-Clustern herausgesiebt werden .

Das Bereitstellen einzelner lonen-Cluster durch eine geeignete lonenquelle , aus einer lonenfalle oder durch geeignete Blenden im Strahlengang ist gerätetechnisch meist mit einer Restunsicherheit belastet . Es können lediglich Wahrscheinlichkeiten dafür angegeben werden, dass sich innerhalb eines für die Implantation genau eines lonen- Clusters an einer Soll-Position vorgegebenen Zeitfensters durchschnittlich weniger als ein lonen-Cluster, durchschnittlich genau ein lonen-Cluster oder durchschnittlich mehr als ein lonen-Cluster in einem vorgegebenen Abschnitt des Strahlengangs befindet .

Für die Bestimmung solcher Wahrscheinlichkeiten kann die Verteilung der lonen-Cluster durch eine Poisson-Verteilung der lonen-Cluster bezogen auf das vorgegebene Zeitfenster für die einzelne Implantation angenähert werden . Die Poisson- Verteilung drückt die Wahrscheinlichkeit dafür aus , dass in einem festgelegten Zeitfenster eine bestimmte Anzahl von lonen-Clustern vorliegen, wenn die lonen-Cluster mit einer bekannten konstanten mittleren Rate und unabhängig von den früher bereitgestellten lonen-Clustern bereitgestellt werden . Die auf das vorgegebene Zeitfenster für die Einzelimplantation bezogene mittlere Bereitstellungsrate entspricht dabei dem Erwartungswert X der Poisson-Verteilung .

Bei gleicher Bereitstellungrate kann der Erwartungswert X der Poisson-Verteilung durch die Länge des Zeitfensters für die einzelne Implantation variiert werden, wobei der Erwartungswert X mit längerem Zeitfenster angehoben wird . Bei gleicher Länge des Zeitfensters kann der Erwartungswert X der Poisson-Verteilung durch die Bereitstellungsrate variiert werden, wobei der Erwartungswert X mit höherer Bereitstellungsrate angehoben wird .

Für manche Anwendungen in Wissenschaft und Industrie ist eine zuverlässige ( 100%ig sichere ) Implantation einzelner Atome oder von einer genau vorgegebenen Anzahl von Atomen an einer oder mehreren Soll-Positionen erforderlich .

Das Koimplantieren eines Atoms eines Ziel-Elements mit einem Atom eines Nachweis-Elements ermöglicht den indirekten, aber eindeutigen und zerstörungs freien Nachweis der Implantation insbesondere genau eines Atoms des Ziel-Elements durch den Nachweis des Atoms des Nachweis-Elements im Festkörper .

Angaben darüber, ob ein einzelnes Ion tatsächlich implantiert wird bzw . wurde oder nicht , beruhen derzeit auf verschiedenen Ansätzen, die entweder die Präsenz eines zu implantierenden Ions im Strahlengang innerhalb eines vorbestimmten Zeitfensters sicherstellen oder erfassen ( Prä- Implantations- Ansatz ) oder den Einschlag des Ions in den Festkörper nachweisen ( Post- Implantations-Ansatz ) .

Beispielsweise können die Ionen in einem Längsabschnitt des

Strahlengangs , z . B . in einem Flugrohr, über durch den lonenfluss induzierte Spiegelladungen nachgewiesen werden . Die Empfindlichkeit einer solchen Messung reicht derzeit nicht zum sicheren Erkennen einzelner einfach oder zwei fach geladener Teilchen aus . lonenfallen geben vorher deterministisch nachgewiesene , einzelne Ionen frei . Um die Ionen im Strahlengang nicht zu verlieren und damit den determinierten Nachweis , wird der Durchmesser des lonenstrahls vergleichsweise weit gehalten . Der aufgeweitete Strahlengang reduziert die laterale Genauigkeit der Implantation .

Ein anderes bekanntes Verfahren zum Nachweis des Einschlags einzelner Ionen beruht auf dem Detektieren von durch den Einschlag ausgelösten Sekundärelektronen . Die Qualität eines solchen Nachweises wird durch die Sekundärelektronen- Detektionsef f i zienz bestimmt , die ihrerseits von der Empfindlichkeit des Sekundärelektroden-Detektors und von der Anzahl der pro Aufprall erzeugten Sekundärelektronen und damit vom Material des Festkörpers , der lonensorte und der Implantationsenergie abhängt . Für die Implantation von Wismut in einkristallines Sili zium lässt sich derzeit eine Sekundärelektronen-Detektionsef f i zienz von 80% bis 95% erreichen .

Ein weiterer Post- Implantations-Ansatz weist den Einschlag durch einen im Festkörper ausgebildeten Detektor nach . Der Detektor umfasst z . B . einen vorgespannten pn-Ubergang und eine Messschaltung . Der Einschlag erzeugt am oder nahe dem pn- Ubergang ein Elektronen-Loch-Paar . Die Messschaltung verstärkt und detektiert den durch das Elektronen-Loch-Paar erzeugten Strom . Die Anforderungen an den ausgebildeten Detektor schränken die Auswahl des Festkörpermaterials und dessen Aufbau stark ein . Demgegenüber ermöglicht die Koimplantation eines Atoms eines Ziel-Elements und eines Atoms eines Nachweis-Elements einen alternativen Weg zur sicheren Detektion j edes einzelnen implantierten Atoms des Ziel-Elements . Das Verfahren ist für eine große Anzahl von Materialkombinationen für Festkörper und Ziel-Element einsetzbar . Durch die statistisch bestimmte Implantation von einem oder keinem lonen-Cluster und den anschließenden möglichen Nachweis des Nachweis-Elements kann die Erfolgswahrscheinlichkeit schrittweise erhöht werden . Durch eine ausreichende Anzahl von Folgeimplantationen lässt sich die Erfolgswahrscheinlichkeit für die erfolgreiche Implantation von genau einem Atom des Ziel-Elements an einer Soll-Position trotz der statistischen Natur der lonenverteilung beliebig bis auf über 99 , 9% steigern .

Das Verfahren ermöglicht beispielsweise das deterministische Implantieren einzelner Ionen mittels einer Feinionenstrahlanlage ohne lonenfalle . Das Ausbilden eines Detektors im Zielsubstrat erübrigt sich .

Nach einer Aus führungs form können einzelne lonen-Cluster an oder nahe verschiedener vorgegebenen Soll-Positionen implantiert werden .

Die Soll-Positionen können ein regelmäßiges Muster bilden . Beispielsweise liegen die Soll-Positionen an den Gitterpunkten eines regelmäßigen, zweidimensionalen Gitters . Der Abstand benachbarter Gitterpunkte kann größer sein als der Radius der Querschnitts fläche des Strahlengangs auf der Hauptfläche des Festkörpers , insbesondere größer als die Summe aus dem Radius der Querschnitts fläche des Strahlengangs und dem lateralen Streuradius des implantierten Atoms mit der größeren lateralen Streuung . Zerfällt der lonen-Cluster in Teile , kann im Festkörper ein mittlerer lateraler Abstand zwischen den Teilen des lonen- Clusters kleiner sein al s ein mittlerer Abstand der Soll- Positionen .

Nach einer Aus führungs form kann das Verfahren das Detektieren von einzelnen Atomen des Nachweis-Elements anhand des atomaren optischen Übergangs bzw . des Röntgenübergangs des Nachweis- Elements von dem angeregten zu dem energiearmen Zustand umfassen .

Insbesondere kann das Detektieren das Anregen der Atome des Nachweis-Elements bis mindestens zu dem angeregten Zustand des atomaren optischen Übergangs bzw . des Röntgenübergangs und das Detektieren der Strahlung umfassen, die die Atome des Nachweis-Elements beim optischen Übergang bzw . beim Röntgenübergang von dem angeregten Zustand zu dem energiearmen Zustand abgeben .

Zum Anregen der Atome des Nachweis-Elements bis mindestens zu dem angeregten Zustand des atomaren optischen Übergangs oder des Röntgenübergangs kann die Hauptfläche des Festkörpers mit einem Elektronenstrahl abgetastet werden, beispielsweise mit dem Elektronenstrahl eines Elektronenstrahlsystems , z . B . eines Rasterelektronenmikroskops (Englisch : scanning electron microscope ( SEM) ) . Die von einem optischen Übergang abgegebene Strahlung kann mit einem Licht- oder Bildsensor erfasst werden, die von einem Röntgenübergang abgegebene Röntgenstrahlung beispielsweise von einem Halbleiterdetektor für Röntgenphotonen .

Nach einer Aus führungs form kann das Nachweis-Element kathodolumines zent sein und kann das Detektieren von einzelnen Atomen des Nachweis-Elements das Abtasten der Hauptfläche mit einem Elektronenstrahl umfassen .

Durch den Elektronenstrahl werden selektiv nur die sich j eweils innerhalb der Querschnitts fläche des Elektronenstrahls befindlichen Atome des Nachweis-Elements zur Abgabe von Strahlung angeregt . Kathodolumines zente Nachweis-Elemente ermöglichen daher eine sehr genaue Ortsbestimmung der Atome des Nachweis-Elements und damit auch eine genaue Zuordnung von nachgewiesenen Atomen des Nachweis-Elements bzw . des Ziel- Elements zu den Soll-Positionen .

Nach einer Aus führungs form kann das Verfahren im Falle , das s kein Atom des Nachweis-Elements in ausreichender Nähe zu einer der Soll-Positionen detektiert wird, ein erneutes Beaufschlagen der Soll-Position mit fehlendem Atom des Nachweis-Elements mit einem fokussierten und beschleunigten heterogenen lonen- Cluster umfassen .

Dabei kann für folgende Implantationen, mit denen lonen- Cluster gezielt an solchen Soll-Positionen implantiert werden sollen, die in vorangegangen Implantationen unbesetzt geblieben sind, die Wahrscheinlichkeit für das Vorhandensein eines lonen-Clusters im maßgeblichen Zeitfenster ( Zeitintervall ) von Implantation zu Implantation reduz iert werden um die Wahrscheinlichkeit für das Implantieren von zwei oder mehreren lonen-Clusters an der gleichen Soll-Position zu reduzieren .

Beträgt beispielweise der Erwartungswert X für das Vorhandensein eines lonen-Clusters in einem für genau eine Implantation eines lonen-Clusters vorgesehenen Zeitfenster genau 1 , dann ergibt sich eine Wahrscheinlichkeit von 36 . 7 % dafür, dass kein lonen-Cluster implantiert wird, eine Wahrscheinlichkeit von 36 . 7 % dafür, dass genau ein lonen-Cluster implantiert wird, aber eine Wahrscheinlichkeit von 26 . 6% dafür, dass mehr als ein lonen-Cluster implantiert wird, und damit das Ziel der Implantation nicht mehr erreicht werden kann . Mit der Wahl eines niedrigeren der Erwartungswerts X kann die Wahrscheinlichkeit dafür, dass mehr al s ein lonen-Cluster an derselben Soll- Position implantiert wird, reduz iert werden . Um möglichst genau ein lonen-Cluster an einer Soll-Position zu implantieren, wird nach j eder Implantation an der Soll-Position nach einem Atom des Nachweis-Elements gesucht und im Falle des Fehlens des Atoms des Nachweis-Elements die Implantation wiederholt , wobei für j ede der folgenden Implantationen der Erwartungswert

X in kleiner werdenden Schritten reduziert wird .

In der Tabelle 1 bezeichnet N die Nummer der Implantation, L die für die N Implantationen eingestellten Werte für den Erwartungswert X, und E die Wahrscheinl ichkeit dafür, dass nach der N-ten Implantation genau ein lonen-Cluster an der Soll- Position implantiert ist :

Tabelle 1 Für die erfolgreiche Implantation von genau einem lonen- Cluster an einer Soll-Position ergibt sich beispielweise bei nur einer Implantation mit durchschnittlich einem lonen- Cluster pro Zeitfenster eine vergleichsweise geringe Erfolgswahrscheinlichkeit von nur 36 , 7 % . Nach einer dritten Implantation mit 0 , 63 lonen-Clustern pro Zeitfenster steigt die Erfolgswahrscheinlichkeit auf 69 , 7 % , nach einer zehnten Implantation mit 0 , 36 lonen-Clustern pro Zeitfenster auf 91 , 9% und nach der 50 . Implantation mit 0 , 12 lonen-Clustern pro Zeitfenster auf 99 , 1 % .

Sollen bei einem Erwartungswert X von genau 1 für das Vorhandensein eines lonen-Clusters in einem für genau eine Implantation eines lonen-Clusters vorgesehenen Zeitfenster zehn lonen- Cluster an zehn unterschiedlichen Soll-Positionen implantiert werden, dann ergibt sich nach j eweils einer Implantation an j eder Soll-Position eine Wahrscheinlichkeit von nur 0 . 0045% dafür, dass j eweils tatsächlich genau ein lonen-Cluster implantiert ist . Wird im Falle des Fehlens eines Atoms des Nachweis-Elements die Implantation an einer Soll-Position wiederholt , kann wieder für j ede der folgenden Implantationen der Erwartungswert X in kleiner werdenden Schritten reduziert werden .

Die Tabelle 2 zeigt für eine vorgegebene Abnahme des Erwartungswertes X nach einem Beispiel die wachsende Wahrscheinlichkeit dafür, dass nach der N-ten Implantation genau ein lo- nen-Cluster an j eder der 10 Soll-Positionen implantiert ist :

Tabelle 2

Für die erfolgreiche Implantation von jeweils genau einem Atom des Ziel-Elements an zehn unterschiedlichen Soll-Positionen ergibt sich bei durchschnittlich einem lonen-Cluster pro Zeitfenster bei nur einer Implantation pro Soll-Position eine vergleichsweise geringe Erfolgswahrscheinlichkeit von 0,0045%. Nach einer dritten Implantation mit 0, 63 lonen-Clustern pro Zeitfenster steigt die Erfolgswahrscheinlichkeit auf 2,72%, nach der zehnten Implantation mit 0,36 lonen-Clustern pro Zeitfenster auf 42,8% und nach der 46. Implantation mit 0,13 lonen-Clustern pro Zeitfenster auf 90,1%.

Das Verfahren ermöglicht somit ein gezieltes Nachbessern bereits implantierter Muster von Einzel-Ionen und verringert damit signifikant den Aufwand zur Herstellung von Strukturen und Bauelementen, die eine Vielzahl von in einem vorgegebenen Muster in einem Festkörper angeordneten Einzelatomen aufweisen .

Nach einer Aus führungs form können ein Material des Festkörpers und das Ziel-Element so gewählt sein, dass einzelne Atome des Ziel-Elements im Festkörper oder Atome des Ziel-Elements auf- weisende Komplexe untereinander quantenmechanisch koppelbar sind . Insbesondere können die Soll-Positionen der implantierten lonen-Cluster so gewählt sein, dass die implantierten Atome des Ziel-Elements quantenmechanisch gekoppelt werden können .

Nach einer Aus führungs form kann das Nachweis-Element eine Seltene Erde ( Seltenerd-Metall ) sein . Metalle der Seltenen Erde bilden ionisierbare Cluster mit einer Viel zahl von Elementen, die als Ziel-Element relevant sein können, insbesondere bei der Herstellung von Bauelementen zur Signal- und oder Informationsverarbeitung, z . B . Quantenbauelementen .

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Of fenbarung betri f ft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauelements zur Signal- oder Informationsverarbeitung, insbesondere eines Quantenbauelements . Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines heterogenen lonen-Clusters , wobei der lonen-Cluster ein Ziel-Element und ein Nachweis-Element aufweist . Das Nachweis- Element weist einen atomaren optischen Übergang und/oder einen Röntgenübergang von einem angeregten zu einem energiearmen Zustand auf . Der lonen-Cluster wird fokussiert und beschleunigt . Mit dem fokussierten und beschleunigten lonen- Cluster wird eine Hauptfläche eines Festkörpers beaufschlagt , wobei der lonen-Cluster an oder nahe einer vorgegebenen Soll- Position auf der Hauptfläche in den Festkörper implantiert wird, d . h . einschlägt . Insbesondere kann das Verfahren zum Herstellen eines Bauelements ein Verfahren zum Implantieren von Ionen in einer der oben beschriebenen Aus führungs formen umfassen .

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Of fenbarung betri f ft eine lonenf einstrahlanlage . Die lonenf einstrahlanlage weist eine lonenquelle auf , die unter anderem heterogene lonen-Cluster einer vorgegebenen Art emittiert . Eine Strahl führungseinrichtung der lonenf einstrahlanlage bündelt die von der lonenquelle emittierten lonen-Cluster in einem lonenstrahl . Die lonenf einstrahlanlage umfasst zudem eine lonentrenneinreichung, die andere Ionen und lonen-Cluster als die heterogenen lonen-Cluster der vorgegebenen Art aus dem lonenstrahl entfernt .

Die Strahl führungseinrichtung kann eine lonenstrahloptik aufweisen, die mit Bauelementen, die elektrostatische und/oder magnetische Felder erzeugen, den lonenstrahl in einer Proj ektionsebene auf eine Strahlquerschnitts fläche von wenigen Quadratnanometern fokussiert . Die Strahl führungseinrichtung kann zudem eine lonen-Beschleunigungseinrichtung umfassen, die mittels eines elektrischen Feldes die Ionen im lonenstrahl in Richtung der Pro ektionsebene beschleunigt . Die Traj ektorien der Ionen im lonenstrahl überstreichen einen Strahlengang der lonenf einstrahlanlage .

Die lonentrenneinrichtung umfasst beispielweise ein Wienfilter . Im Wienfilter überlagern sich ein elektrisches Feld und ein Magnetfeld, deren Vektoren zueinander und zu der Bewegungsrichtung der Ionen senkrecht ausgerichtet sind . Teilchen im lonenstrahl mit einer anderen Masse und/oder einer anderen Ladung als die heterogenen lonen-Cluster der vorgegebenen Art werden aus dem Strahlengang des lonenstrahls abgelenkt und schlagen zum Beispiel auf eine Blende auf , so dass nur die heterogenen lonen-Cluster der vorgegeben Art eine Öf fnung in der Blende passieren .

Übliche lonenquellen emittieren Einzel- Ionen und lonen-Cluster unterschiedlicher Art . Genutzt wird üblicherweise nur eine einzige Art von Ionen, nämlich Einzel- Ionen desselben Elements und der gleichen Ladungs zahl . Eine in der lonenf einstrahlanlage integrierte , übliche lonentrenneinrichtung filtert weitere von der lonenquelle erzeugte und emittierte Einzel- Ionen desselben Elements und mit einer anderen Ladungs zahl , Einzel- Ionen anderer Elemente , homogene lonen-Cluster und heterogene lonen-Cluster aus dem lonenstrahl heraus .

Dagegen entfernt die lonentrenneinrichtung der vorliegenden lonenf einstrahlanlage alle Einzel- Ionen, alle homogenen lonen- Cluster und alle heterogenen lonen-Cluster mit Ausnahme der heterogenen lonen-Cluster der vorgegebenen Art aus dem lonenstrahl und ermöglicht insbesondere eine Koimplantation von Atomen unterschiedlicher Elemente in einem festen, vorgegebenen Zahlenverhältnis zueinander .

Unter anderem ermöglicht die lonenf einstrahlanlage mit einer derart eingerichteten lonentrenneinrichtung die Koimplantation von Atomen eines ersten Elements und von Atomen eines zweitens Elements in einem festen Zahlenverhältnis , z . B . in einem Verhältnis von 1 : 1 .

Insbesondere ermöglicht die lonenf einstrahlanlage mit einer derart eingerichteten lonentrenneinrichtung die Koimplantation genau eines Atoms eines Ziel-Elements und eines Atoms oder mehrerer Atome eines Nachweise-Elements für das oben beschriebene Verfahren zum Implantieren von Atomen .

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Of fenbarung betri f ft ein Betriebsverfahren für eine lonenf einstrahlanlage , die eine lonenquelle , eine Strahl führungseinrichtung und eine lonentrenneinrichtung aufweist , wobei die lonenquelle unter anderem heterogene lonen-Cluster einer vorgegebenen Art emittiert und die Strahl führungseinrichtung die von der lonenquelle emittierten lonen-Cluster in einem lonenstrahl bündelt . Die lonentrenneinrichtung wird derart eingestellt und betrieben, dass andere Ionen und lonen-Cluster al s die heterogenen lonen-Cluster der vorgegebenen Art aus dem lonenstrahl entfernt werden und die lonenf einstrahlanlage nur die heterogenen lonen-Cluster der vorgegebenen Art emittiert .

Gemäß einer Aus führungs form kann die lonenf einstrahlanlage eine lonenvereinzelungseinrichtung aufweisen, wobei die lonenvereinzelungseinrichtung die heterogenen lonen-Cluster der vorgegebenen Art im lonenstrahl derart vereinzelt , das s die lonenf einstrahlanlage innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums mit einer Wahrscheinlichkeit von über 0 . 05% und unter 100% genau einen der lonen-Cluster emittiert .

Beispielsweise bewirkt die lonenvereinzelungseinrichtung ein temporäres Schwarztasten (Englisch : blanking) des lonenstrahls . Beispielsweise weist die die lonenvereinzelungseinrichtung Ablenkplatten beiderseits des Strahlengangs auf . Ein elektrisches Feld zwischen den Ablenkplatten lenkt die lonen-Cluster in Richtung einer der Ablenkplatten aus . Wird das elektrische Feld kurz zeitig ausgeschaltet , können Ionen die Ablenkplatten passieren...

Gemäß einer Aus führungs form kann die lonenquelle der lonenf einstrahlanlage eine Flüssigmetall-Legierungs- lonenquelle aufweisen .

Die Flüssigmetall-Legierungs- Ionenquelle kann eine Kammer , einen Feldgenerator und eine Abgabeeinheit aufweisen . Die Kammer ist mit einem flüssigen Ausgangsmaterial gefüllt , z . B . mit einer eutektischen Legierung . Eine Wärmequelle kann das Ausgangsmaterial verflüssigen und/oder das Ausgangsmaterial flüssig halten. Die Abgabeeinheit weist beispielsweise eine Kapillare oder eine Nadel auf. Das flüssige Ausgangsmaterial steht an der äußeren Öffnung der Kapillare an oder hüllt die Nadelspitze ein. Der Feldgenerator erzeugt ein elektrisches Feld an der Öffnung der Kapillare bzw. an der Nadelspitze. Unter dem Einfluss des elektrischen Feldes bildet sich an der Öffnung der Kapillare bzw. an der Nadelspitze ein Taylor-Kegel aus, dessen Spitze Ionen emittiert. Die emittierten Ionen können Einzel-Ionen der Legierungselemente, homogene lonen- Cluster der Legierungselemente und heterogene lonen-Cluster umfassen .

Gemäß einer Aus führungs form kann die lonenf einstrahlanlage einen Objekttisch, ein Elektronenstrahlsystem und einen Strahlungsdetektor aufweisen.

Der Objekttisch ist dazu eingerichtet, einen auf dem Objekttisch angeordneten Festkörper zu dem lonenstrahl auszurichten. Der Objekttisch kann entlang von zwei oder drei orthogonalen Raumachsen beweglich sein.

Das Elektronenstrahlsystem erzeugt einen gebündelten Elektronenstrahl, fokussiert den gebündelten Elektronenstrahl in einer Projektionsebene zwischen dem Elektronenstrahlsystem und dem Objekttisch und tastet mindestens einen Abschnitt der Projektionsebene mit dem Elektronenstrahl ab.

Eine Querschnittsfläche des Elektronenstrahls in der Projektionsebene kann in etwa kreisrund sein, wobei der Radius der Querschnitt fläche kleiner lOOnm, z.B. kleiner 30nm oder auch kleiner als 2nmsein kann.

Ist auf dem Objekttisch ein Festkörper angeordnet, dessen freiliegende Hauptfläche in der Projektionsebene liegt, dann tastet der Elektronenstrahl die Hauptfläche des Festkörpers ab . Der Elektronenstrahl regt Atome mit optischem Übergang oder mit Röntgenübergang im Festkörper zur Abgabe von Strahlung an . Die Strahlung kann Infrarot-Strahlung, sichtbares Licht , ultraviolettes Licht oder Röntgenstrahlung sein .

Der Strahlungsdetektor detektiert eine in der Proj ektionsebene erzeugte Strahlung . I st auf dem Obj ekttisch ein Festkörper angeordnet , dessen freiliegende Hauptfläche in der Proj ektionsebene liegt und der Atome mit optischem Übergang oder mit Röntgenübergang enthält , dann detektiert der Strahlungsdetektor vom Elektronenstrahl des Elektronenstrahlsystems angeregte Strahlung .

Beispielsweise sind Elektronenstrahlsystem und Strahlungsdetektor Komponenten eines SEM-EDX Aufbaus zur energiedispersiven Röntgenanalyse .

Gemäß einer Aus führungs form kann die lonenf einstrahlanlage eine Auswerteeinrichtung aufweisen, wobei die Auswerteeinrichtung inf ormationstechnisch mit dem Strahlungsdetektor und dem Elektronenstrahlsystem verbunden und dazu eingerichtet ist , eine Position des Elektronenstrahls in der Proj ektionsebene zum Zeitpunkt einer Detektion einer vorgegebenen Strahlung durch den Strahlungsdetektor zu identi fi zieren .

I st auf dem Obj ekttisch ein Festkörper angeordnet , dessen freiliegende Hauptfläche in der Proj ektionsebene liegt und der Atome mit optischem Übergang oder mit Röntgenübergang enthält , dann detektiert der Strahlungsdetektor vom Elektronenstrahl des Elektronenstrahlsystems angeregte Strahlung und die Auswerteeinrichtung identi fi ziert die Lage der kathodolumines zenten Atome auf der Hauptfläche mit hoher Ortsauflösung, die im Wesentlichen durch die Querschnitts fläche des Elektronenstrahls in der Proj ektionsebene vorgegeben wird .

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Of fenbarung betri f ft ein Bauelement zur Signal- oder Informationsverarbeitung, insbesondere ein Quantenbauelement , beispielsweise ein Einzelphotonenemitter zur Quantenkommunikation oder ein Quantenregister für die Quantenrechnung (Englisch : quantum memory for quantum computing) .

Das Bauelement weist ein Substrat und in einer hori zontalen Schicht des Substrats angeordnete Atomgruppen auf , wobei j ede Atomgruppe mindestens ein Atom eines Ziel-Elements und mindestens ein Atom eines Nachweis-Elements mit optischem Übergang oder mit Röntgenübergang umfasst , und wobei in j eder der Atomgruppen ein lateraler Abstand zwischen dem Atom des Ziel-Elements und dem Atom des Nachweis-Elements maximal 200nm , z . B . maximal 50nm, insbesondere l Onm bis 20nm beträgt . Beispielsweise umfasst j ede Atomgruppe genau ein Atom des Ziel-Elements und mindestens ein Atom, z . B . genau ein Atom des Nachweis-Elements .

In einem solchen Bauelement ermöglicht der optische Übergang bzw . der Röntgenübergang der Atome des Nachweis-Elements in der oben beschriebenen Weise mindestens in einer Phase der Fertigung nach dem Implantieren der Atomgruppen den sicheren Nachweis der Präsenz der Atome des Ziel-Elements . Zudem lässt sich die Lage der einzelnen Atome des Ziel-Elements relativ genau ermitteln .

Gemäß einer Aus führungs form können die Atomgruppen an oder nahe von Gitterpunkten eines regelmäßigen, hori zontalen Gitters angeordnet sein, wobei die Atome des Ziel-Elements oder Komplexe, die jeweils ein Atom des Ziel-Elements aufweisen, miteinander quantenmechanisch gekoppelt sind. Das Gitter kann rechteckige Maschen oder Maschen mit mehr als vier Kanten aufweisen. Beispielsweise sind die Maschen des Gitters Quadrate oder Hexagone.

Gemäß einer Aus führungs form kann das Nachweis-Element ein

Element der Seltenen Erden sein. Beispielsweise ist das

Seltene Erde Element Cer (Ce) .

Das Ziel-Element ist beispielsweise ein Nichtmetall, z.B. Bor (B) , Kohlenstoff (C) , Stickstoff (N) , Silizium (Si) , Phosphor (P) , Germanium (Ge) , Arsen (As) , Antimon (Sb) , ein Post-

Übergangsmetall, z.B. Gallium (Ga) , Indium (In) , Zinn (Sn) ,

Blei (Pb) , Bismut (Bi) , ein Metall der 1. Gruppe, z.B. Lithium

(Li) oder ein Nebengruppen-Metall , dass kein Seltenes Erden

Element ist. Insbesondere ist das Ziel-Element ein Element der

4. oder 5. Gruppe.

Das Material des Festkörpers kann beispielsweise Silizium, z.B. einkristallines Silizium oder isotopenreines Silizium, eine auf einer Isolatorschicht ausgebildete Siliziumschicht, Diamant, Siliziumoxid, Kohlenstoff, ein mehrlagiges 2D- Material wie z.B. Graphen, TMDC (transition metal dichalcogenide) oder hexagonales Bornitrid (hBN) sein.

Die FIG. 1 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm einer lonenf einstrahlanlage 40 mit einer lonenquelle 41, die heterogene lonen-Cluster 10 einer vorgegebenen Art emittiert. Neben den heterogenen lonen-Clustern 10 der vorgegebenen Art emittiert die lonenquelle 41 weitere lonensorten. Eine Strahlführungseinrichtung 42 bündelt die von der lonenquelle 41 emittierten Ionen in einem lonenstrahl 49. Die Trajektorien der Ionen im lonenstrahl 49 überstreichen einen Strahlengang 19 der lonenf einstrahlanlage 40 .

Eine lonentrenneinrichtung 43 entfernt andere Ionen und lonen- Cluster als die heterogenen lonen-Cluster 10 der vorgegebenen Art aus dem lonenstrahl 49 .

Eine lonenvereinzelungseinrichtung 44 vereinzelt die verbleibenden heterogenen lonen-Cluster 10 der vorgegebenen Art im lonenstrahl 49 derart , dass die lonenf einstrahlanlage 40 innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums mit einer Wahrscheinlichkeit von über 0 . 05% und unter 100% genau einen der lonen-Cluster 10 emittiert . Beispielsweise bewirkt die lonenvereinzelungseinrichtung 44 ein temporäres Schwarztasten des lonenstrahls 49 .

Der lonenstrahl 49 wird in einer Proj ektionsebene 47 oberhalb eines Ob ekttisches 45 fokussiert , wobei die Proj ektionsebene 47 und eine ebene Hauptfläche 31 eines auf dem Obj ekttisch 45 angeordneten Festkörpers 30 koplanar liegen . Der Obj ekttisch 45 kann innerhalb einer Vakuumkammer angeordnet sein .

Die Darstellung der Teile der lonenf einstrahlanlage 40 ist grob vereinfacht . Die Anordnung der Teile entlang dem lonenstrahl 49 kann eine andere als die dargestellte sein . Jedes der Teile kann mehrere Unterteile aufweisen, die durch andere Teile oder Unterteile anderer Teile voneinander getrennt sind .

Die lonentrenneinrichtung 43 umfasst beispielweise ein Wienfilter . Im Wienfilter überlagern sich ein elektrisches Feld E und ein Magnetfeld B, deren Vektoren zueinander und zu der Bewegungsrichtung der Ionen im lonenstrahl 49 senkrecht ausgerichtet sind . Teilchen im lonenstrahl 49 mit einer anderen Masse und/oder einer anderen Ladung als die heterogenen lonen-Cluster 10 der vorgegebenen Art werden aus dem Strahlengang 19 des lonenstrahls 49 abgelenkt und schlagen zum Beispiel auf eine Blende 431 auf , so dass nur die heterogenen lonen-Cluster 10 der vorgegebenen Art eine Öf fnung 432 in der Blende 431 passieren .

In der dargestellten lonenf einstrahlanlage 40 sind die Filterparameter Adj der lonentrenneinrichtung 43 konfigurierbar . Insbesondere sind die Filterparameter derart einstellbar, dass die lonentrenneinrichtung 43 alle von der lonenquelle 41 erzeugten Einzel- Ionen, alle homogenen lonen- Cluster und alle heterogenen lonen-Cluster mit Ausnahme der heterogenen lonen-Cluster 10 der vorgegebenen Art aus dem lonenstrahl 49 entfernt .

In FIG . 2 umfasst die lonenf einstrahlanlage 40 zusätzlich ein Elektronenstrahlsystem 46 und einen Strahlungsdetektor 48 .

Das Elektronenstrahlsystem 46 erzeugt einen gebündelten Elektronenstrahl 18 , fokussiert den gebündelten Elektronenstrahl 18 in der Proj ektionsebene 47 und damit auf der Hauptfläche 31 des Festkörpers 30 , und tastet mindestens einen Abschnitt der Hauptfläche 31 ab . Der Elektronenstrahl 18 regt Atome mit optischem Übergang oder mit Röntgenübergang im Festkörper 30 zur Abgabe von Infrarot-Strahlung, sichtbarem Licht , ultraviolettem Licht oder Röntgenstrahlung an . Das Elektronenstrahlsystem 46 kann beispielsweise ein Rasterelektronenmikroskop oder ein Teil davon sein .

Der Strahlungsdetektor 48 detektiert in der Pro ektionsebene 47 bzw . auf der Hauptfläche 31 erzeugte Strahlung, die Infrarot-Strahlung, sichtbares Licht , ultraviolettes Licht oder Röntgenstrahlung sein kann . Enthält der Festkörper 30 auf der Hauptfläche 31 oder nahe der Hauptfläche 31 Atome mit optischem Übergang oder mit Röntgenübergang, dann detektiert der Strahlungsdetektor 48 Strahlung, die durch den Elektronenstrahl 18 des Elektronenstrahlsystems 46 angeregt wurde .

Das Abtasten der Hauptfläche 31 kann in der lonenf einstrahlanlage 40 erfolgen, insbesondere innerhalb einer Vakuumkammer der lonenf einstrahlanlage 40 . Vor dem Abtasten kann der Festkörper 30 innerhalb der Vakuumkammer umgelagert werden, z . B . durch ein Verschieben des Obj ekttisches 45 . Alternativ kann der Festkörper zum Abtasten der Vakuumkammer entnommen werden . Je nach Aus führung können das Elektronenstrahlsystem 46 und der Strahlungsdetektor 48 integrale Bestandteile der lonenf einstrahlanlage 40 sein oder als eigenständige Anordnung abgesetzt von der lonenf einstrahlanlage 40 in der beschriebenen Weise betrieben werden .

Die lonenf einstrahlanlage der FIG . 2 weist zudem eine Auswerteeinrichtung 50 auf . Die Auswerteeinrichtung 50 empfängt zeitabhängige Positionsdaten pos ( t ) , die die Lage der Querschnitts fläche des Elektronenstrahls 18 auf der Hauptfläche 31 zu einer Zeit t beschreiben .

I st auf dem Obj ekttisch 45 ein Festkörper 30 angeordnet , der an oder nahe an der freiliegende Hauptfläche 31 Atome mit optischem Übergang oder mit Röntgenübergang enthält , dann detektiert der Strahlungsdetektor 48 vom Elektronenstrahl 18 des Elektronenstrahlsystems 46 angeregte Strahlung und die Auswerteeinrichtung 50 identi fi ziert die Lage Pos ( tn) der Atome des Nachweis-Elements auf der Hauptfläche 31 mit hoher Ort s auf lö sung . Die Auswerteeinrichtung 50 kann die gemessenen Positionsdaten mit Soll-Daten vergleichen und Teile der lonenf einstrahlanlage 40 abhängig vom Ergebnis des Vergleichs steuern .

Für den Fall einer Koimplantation von Atomen eines Ziel- Elements und eines Nachweis-Elements kann die Auswerteeinrichtung 50 zum Beispiel das Nachimplantieren eines heterogenen lonen-Clusters für den Fall veranlassen, dass sich aus den ermittelten Positionsdaten ergibt , dass in der näheren Umgebung einer der Soll-Positionen kein Atom des Nachweis- Elements auf gefunden wurde .

FIG . 3 zeigt eine Draufs icht auf die Hauptfläche 31 eines Festkörpers 30 nach einer Reimplantation von Atomen 61 eines Ziel-Elements und Atomen 62 eines Nachweis-Elements an Soll- Positionen 33- 1 , 31- 12 .

Die Soll-Positionen 33- 1 , ..., 31 - 12 bilden die Gitterpunkte eines regelmäßigen Gitters mit quadratischen Maschen der Kantenlänge dl .

Zur Implantation wird der lonenstrahl j eweils auf eine der Soll-Positionen 33- 1 , ..., 31- 12 gerichtet , wobei eine annähernd runde Querschnitts fläche des Strahlengangs des lonenstrahls auf der Hauptfläche 31 im Rahmen der Positioniergenauigkeit der lonenf einstrahlanlage auf die j eweilige Soll-Position 33- 1 , ..., 31- 12 zentriert ist . Der Durchmesser d2 der Querschnitts fläche des Strahlengangs des lonenstrahls auf der Hauptfläche 31 beträgt zwischen 2nm und 200nm, beispielsweise etwa 30nm .

Die laterale Streuung der Atome 61 des Ziel-Elements und der Atome 62 des Nachweis-Elements vergrößert den mittleren lateralen Radius rx um eine Soll-Position 33- 1 , ..., 31- 12 , innerhalb dessen das Atome 61 des Ziel-Elements und das Atom 62 des Nachweis-Elements zu Ruhe kommen . Die laterale Streuung der Atome 61 des Ziel-Elements und der Atome 62 des Nachweis- Elements hängt von der Energie der lonen-Cluster , dem Material des Festkörpers 30 , dem Ziel-Element und dem Nachweis-Element ab .

Bei Verwendung eines Elektronenstrahls mit einem Durchmesser von 2nm kann die Position eines Atoms des Nachweis-Elements mit einer lateralen Auflösung von 2nm ermittelt werden .

Im gezeichneten Beispiel ist die Kantenlänge dl der Gittermaschen etwas größer gewählt als 2 * rx, so dass unter Berücksichtigung der maximalen Ortsauflösung für den Nachweis der Atome des Nachweis-Elements auf das Fehlen des Atoms des Ziel-Elements an der Soll-Position 31- 12 geschlossen werden kann .

FIG . 4 zeigt als Beispiel für ein unter Verwendung des beschriebenen Verfahrens hergestelltes Bauteil ein Kane- Quantum-Computer Bauelement 90 .

Das Bauelement 90 weist ein Substrat 50 und in einer oberflächennahen hori zontalen Schicht 53 des Substrats 50 angeordnete Atomgruppen 60 auf , wobei j ede Atomgruppe 60 ein Atom 61 eines Ziel-Elements und ein Atom 62 eines Nachweis- Elements mit einem optischen und/oder Röntgenübergang umfasst . Das Substrat 50 basiert z . B . auf einkristallinem Sili zium . Die vertikale Ausdehnung vl der hori zontalen Schicht 53 kann mehrere Nanometer betragen, z . B . bis zu 200nm .

Auf einer Hauptfläche 51 des Substrats 50 ist eine I solatorschicht 55 aufgebracht . Auf der I solatorschicht 55 und vertikal über den Atomen 61 des Ziel-Elements sind zwei erste Elektroden 58 ausgebildet . Auf der I solatorschicht 55 und vertikal über der Mitte der Strecke zwischen zwei benachbarten Atomen 61 des Ziel-Elements ist eine zweite Elektrode 59 ausgebildet .

Die Atome 61 des Ziel-Elements sind beispielsweise Phosphoratome mit der Nukleonenzahl 31 . Das Nachweis-Element ist ein Element der Seltenen Erden, beispielweise Cer ( Ce ) .

In j eder Atomgruppe 60 ist ein lateraler Abstand zwischen dem Atom 61 des Ziel-Elements und dem Atom 62 des Nachweis- Elements kleiner als ein maximaler lateraler Abstand rl von 5nm .

Die Atomgruppen 60 können entsprechend FIG . 3 an oder nahe von Gitterpunkten eines regelmäß igen, hori zontalen Gitters angeordnet und miteinander quantenmechanisch gekoppelt sein . Das Gitter kann rechteckige Maschen oder Maschen mit mehr als vier Kanten aufweisen . Beispiel sweise sind die Maschen des

Gitters Quadrate oder Hexagone .