Système de fabrication de dispositifs quantiques à l’échelle atomique

*Prière de noter que le site web SIC sera disponible le 15 février 2023 à 14:00 HAE

Le présent avis du défi est publié en vertu de l’appel de propositions (003) du programme Solutions innovatrices Canada (SIC) (EN578-20ISC3). Pour obtenir des renseignements généraux sur le SIC, les soumissionnaires peuvent visiter le site Web du SIC à cet effet.

Veuillez consulter les documents de l’appel de propositions qui contiennent le processus de soumission d’une proposition.

Étapes à suivre :

Étape 1 : lisez ce défi

Étape 2 : lisez l’appel de propositions

Étape 3 : proposez votre solution ici

Titre du défi : Système de fabrication de dispositifs quantiques à l’échelle atomique

PROMOTEUR DU DÉFI : Innovation, Sciences et Développement économique Canada (ISDE)

Méchanisme de financement : contrat

VALEUR MAXIMALE DU MARCHÉ

De multiples contrats pourraient résulter de ce défi.

Phase 1 :

• Le financement maximal disponible pour tout contrat de la phase 1 résultant de ce défi est de : 150 000 $ CAD, à l'exclusion des taxes applicables, des frais d'expédition, de déplacement et de subsistance, selon les besoins.
• La durée maximale de tout contrat de la phase 1 résultant de ce défi est de 6 mois (à l'exclusion de la présentation du rapport final).
• Estimation du nombre de contrats de la phase 1 : À déterminer

Phase 2 :

N.B.: Seulement les entreprises qui auront complété avec succès la Phase 1 seront invitées à soumettre une proposition pour la Phase 2.

• Le financement maximal disponible pour tout contrat de la phase 2 résultant de ce défi est de : 1 000 000 CAD, à l'exclusion des taxes applicables, des frais d'expédition, de voyage et de séjour, selon les besoins.
• La durée maximale de tout contrat de la phase 2 résultant de ce défi est de 24 mois (à l'exclusion de la présentation du rapport final).
• Estimation du nombre de contrats de la phase 2 : À déterminer

Le fait de divulguer l'estimation du financement disponible n'engage aucunement le Canada à payer cette somme. Les décisions finales sur le nombre de bourses des phases 1 et 2 seront prises par le Canada en fonction de facteurs tels que les résultats de l'évaluation, les priorités ministérielles et la disponibilité des fonds.

N.B.: les entreprises sélectionnées peuvent recevoir un contrat par phase, par défi. 

Déplacements 

Aucun déplacement ne sera nécessaire à la phase 1.

Sommaire du problème

Innovation, Sciences et Développement économique Canada (ISDE) est à la recherche d’innovations susceptibles de faire progresser la création d’une nouvelle génération de circuits quantiques à l’échelle atomique qui peuvent contribuer à améliorer les capacités quantiques existantes des ministères. 

Énoncé du problème

Les technologies quantiques sont à la pointe de la science et de l’innovation, tant au Canada que dans le monde entier. Le développement et les essais de circuits à l’échelle atomique pour les dispositifs quantiques reposent sur la capacité à créer des points quantiques et des centres de rotation à l’échelle atomique avec précision à des emplacements atomiques spécifiques sur une surface de silicium. Ces circuits auront des applications dans les circuits logiques à très faible consommation, les normes métrologiques et les capteurs quantiques. Pour que les circuits puissent être imprimés à l’échelle atomique avec précision, exactitude et rapidité, une nouvelle génération de système de fabrication à l’échelle atomique est nécessaire. L’absence d’instruments de fabrication appropriés limite actuellement le rythme de développement de la lithographie atomique ainsi que des sciences et des technologies à l’échelle atomique.

Ce défi vise à créer un instrument de fabrication de précision atomique, composé d’un outil de fabrication hybride et d’un microscope développé autour d’un lecteur linéaire en boucle ouverte, capable de construire des composants de circuits quantiques avec un minimum d’erreurs et sans les limitations strictes des équipements actuellement disponibles. Cet instrument, associé à d’autres capacités du système pour les essais et le conditionnement, permettra également d’expédier des prototypes de circuits atomiques à d’autres partenaires. 

Résultats essentiels (obligatoires)

Les solutions proposées doivent :

1. Démontrer des images à résolution atomique du silicium (100) à la fois en microscopie à effet tunnel et en microscopie à force atomique (MFA) Qplus.
2. Fournir un lecteur linéaire fonctionnant en boucle ouverte.
3. Fournir un câblage coaxial à haut débit pour la sonde et l’échantillon (gamme GHz).

4. pérer à une température de ~4 K pour l’échantillon et le scanner.

5. Démontrer un courant tunnel stable et mesurable, au moins aussi faible que 1 pA.

6. Être préparé comme un outil à vide très élevé.

7. Avoir des systèmes à vide séparés, tous combinés : 1) l’outil principal pour la fabrication des atomes, 2) un emplacement pour la préparation du silicium, 3) un emplacement pour la fabrication des pointes.

8. Atteindre un vide très élevé ~ 1e-10 Torr pour tous les systèmes à vide.

   Résultats souhaités supplémentaires

Les solutions proposées devraient :

1. Ne présenter aucun fluage ni hystérésis mesurables à des vitesses de balayage normales (~100 nm/s) et sur toute la gamme de mouvements.

2. Assurer un mouvement sans fluage ni hystérésis du lecteur de la température ambiante à 4 K.

3. Le lecteur doit être capable d’une résolution latérale d’au moins 0,1 Å et d’une résolution verticale de 0,01 Å.

4. Maintenir une imagerie à hauteur constante avec une faible dérive thermique (<0,5 nm/h).

5. Machine avec câblage capable de 500 MHz vers l’échantillon et la pointe.

6. Machine avec au moins 4 fils d’échantillonnage supplémentaires.

7. Atteindre une plage de balayage XY de 2 μm pour un lecteur fin.

8. Atteindre une plage Z de 200 nm pour le lecteur fin.

9. Réaliser un moteur XYZ grossier avec un mouvement de ~5-10 mm pour chaque axe.

10. Obtenir un temps de maintien supérieur à 60 heures ou plus.

11. Fonctionner à des pressions ultimes inférieures à 10e-10 Torr.

12. Station d’essai capable de se connecter aux 4 contacts d’échantillon.

13. Station d’encapsulation à ultra-haute tension.

14. Disposer d’un système à vide pour l’essai des échantillons et l’encapsulation/le conditionnement après la fabrication.

Historique et contexte

La lithographie à l’échelle atomique est très compromise avec les instruments actuels. En effet, les lecteurs utilisés pour guider la sonde de lithographie sont fabriqués à partir de matériaux piézoélectriques qui présentent des non-linéarités inhérentes. Cela signifie que pour une tension appliquée, l’emplacement exact de la sonde présentera des erreurs à l’échelle de la lithographie souhaitée. Ces erreurs se manifestent par un mouvement hystérétique, où le balayage gauche/droit ou haut/bas ne tracera pas le même profil, ou par un fluage, où le lecteur continuera à se déplacer après l’arrêt du balayage de tension. Ces deux erreurs créent des difficultés pour déterminer les positions exactes pour la lithographie à l’échelle atomique. Les lecteurs à boucle fermée ont été développés pour tenter de résoudre ces problèmes, mais ils présentent également des limitations en termes de précision et de vitesse que l’on ne retrouve pas dans les lecteurs en boucle ouverte. 

Certaines erreurs de balayage peuvent être partiellement atténuées dans certains cas en déplaçant le lecteur de manière non optimale, par exemple plus lentement que souhaité et sur des plages très étroites. Malgré cela, des erreurs lithographiques se produisent lors de la préparation de circuits à l’échelle atomique, ce qui nécessite des méthodes de correction des erreurs qui prennent du temps. De plus, des procédures lentes d’indexation et d’enregistrement du lecteur sont continuellement nécessaires afin de connaître la position de la sonde et de minimiser les erreurs de position pendant l’impression, notamment de motifs complexes sur de grandes surfaces. 

Ces problèmes décrits posent de nombreux défis pour l’impression de modèles compliqués à l’échelle atomique pour les essais et le développement, qui pourraient être résolus en utilisant un meilleur lecteur linéaire. Il existe des matériaux piézo linéaires, mais la plage de balayage fonctionnelle est très limitée et ne permet pas de créer des circuits complexes en raison de la plage de balayage limitée. L’augmentation de la plage de balayage tout en maintenant les propriétés idéales de fluage et d’hystérésis du matériau permettrait de résoudre ce problème et ouvrirait grandement la porte à une lithographie améliorée à l’échelle de l’atome.

L’intégration du lecteur linéaire dans un système complet de fabrication et d’essai favorisera le développement à l’échelle atomique au Conseil national de recherches Canada (CNRC). D’autres possibilités de nanopositionnement linéaire et précis apparaissent également dans d’autres systèmes de haute technologie, notamment les microscopes électroniques à balayage, les microscopes électroniques à transmission, la lithographie par faisceau électronique et de nombreux autres instruments de nanofabrication et de microfabrication qui reposent sur le mouvement piézoélectrique pour le positionnement. Ces capacités attireront de nouveaux partenaires et de nouvelles possibilités au CNRC. Le calendrier de réception de l’outil s’aligne sur les projets actuels du programme de détection quantique, car ces projets passent à des niveaux de maturité technologique plus élevés avec des exigences de fabrication, d’essai et de démonstration améliorées. 

ENQUÊTES

Toutes les demandes de renseignements doivent être présentées à TPSGC.SIC-ISC.PWGSC@tpsgc-pwgsc.gc.ca au moins dix jours civils avant la date de clôture. Pour ce qui est des demandes de renseignements reçues après ce délai, il est possible qu'on ne puisse pas y répondre.

*Comment préparer une soumission