受控量子点生长制造技术

本公开一般地涉及受控量子点生长技术以及量子点结构。在一些示例中，描述了一种包括以下步骤中的一项或多项的方法：提供衬底，在衬底上形成缺陷，在衬底上沉积层，以及沿缺陷形成量子点。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】受控量子点生长
技术介绍
量子点是一种激发在所有三个空间维度上均受到限制的半导体。量子点所具有的特性介于体半导体的特性和分立分子的特性之间。量子点可以用于各种应用，例如，在晶体管、太阳能电池、LED、二极管激光器中，用作医疗成像试剂，用作量子位(quabit)、以及用作存储器。量子存储器可以极高密度、极低功率工作，且用于众多应用中。然而，这种存储器的制造仍然是具有挑战性的。一种一般性的制造方式包括在衬底上沉积薄膜。附图说明根据以下说明和所附权利要求，结合附图，本公开的前述和其他特征将更加清楚。 在认识到这些附图仅仅示出了根据本公开的一些示例且因此不应被认为是限制本公开范围的前提下，通过使用附图以额外的特征和细节来详细描述本公开，附图中图1示出了根据本公开一些示例的受控量子点生长的一般性方法的示例。图2示出了根据本公开一些示例的具有线形缺陷的衬底的俯视图。图3示出了根据本公开一些示例的具有接缝缺陷和凹坑缺陷的衬底。图如示出了根据本公开一些示例的具有多个线形缺陷的衬底。图4b示出了根据本公开一些示例的具有宽沟槽缺陷、沉积线缺陷和窄沟槽缺陷的衬底的俯视图，其中缺陷形成在宽沟槽缺陷和沉积线缺陷上。图5示出了根据本公开一些示例的具有网格缺陷的衬底的俯视图。图6是示出了根据本公开、配置用于量子点生长的示例计算设备的方框图。图7示出了根据本公开的示例计算机程序产品的方框图。
技术实现思路
本公开描述了一种量子点生长方法。一些示例包括沿衬底表面按一定图案形成缺陷区以及在衬底表面上沉积第一材料。于是，量子点可以沿衬底表面在缺陷区中形成，从而量子点的形成可以至少部分地基于所述图案。本公开还描述了一种量子点器件，该量子点器件可以包括衬底，衬底具有沿衬底表面按一定图案形成的缺陷区。多个量子点可以主要位于缺陷区的边缘，从而量子点位置至少部分地基于所述图案。还公开了一种计算机可访问介质，其上存储有用于执行量子点生长过程的计算机可执行指令。该量子点生长过程的一些示例包括沿衬底表面按一定图案形成缺陷区以及在衬底表面上沉积第一材料。第一材料可以沉积在衬底上，从而沿衬底表面在缺陷区中形成量子点，量子点的形成至少部分地基于所述图案。以上
技术实现思路
仅仅是说明性的，而绝不是限制性的。除了上述示例性的各方案、 各实施例和各特征之外，参照附图和以下详细说明，将清楚其他方案、其他实施例和其他特征。具体实施例方式在以下详细说明中，参考了作为详细说明的一部分的附图。在附图中，类似符号通常表示类似部件，除非上下文另行指明。具体实施方式部分、附图和权利要求书中记载的示例性实施例并不是限制性的。在不脱离在此所呈现主题的精神或范围的情况下，可以利用其他实施例，且可以进行其他改变。应当理解，在此一般性记载以及附图中图示的本公开的各方案可以按照在此明确和隐含公开的多种不同配置来设置、替换、组合、分割和设计。本公开尤其针对涉及受控量子点生长的方法、装置、计算机程序和系统。更具体地，提供了用于控制缺陷和应变图案以控制Stranski-Krastanov型量子点生长的多种方法和系统。一般而言，在一些示例中，可以沿预定几何结构建立缺陷(或者线形无序区)，继而在这些几何结构上形成量子点。在一些示例中，可以使用带应力的材料层来产生量子点生长位(quantum dot growth site)。在其他示例中，可以在衬底中产生材料缺陷以生成量子点生长位。尽管本公开可能特别针对生长用于存储器或计算的量子点，但是应当认识到， 这里所公开的系统和方法可以用于如在此所述能够对局域化应力进行构图的任意材料系。存在若干模式可以用于在晶体表面或界面处外延生长薄膜。三种主要沉积模式是 Volmer-Weber (Vff)生长、Frank—van der Merwe (FM)生长禾口 Stranski—Krastonov (SK)生长。VW生长包括岛形成以及随后使岛融合以形成层，且具有同质金属薄膜的特征。FW生长一次一层地进行，且典型地以沉积高表面迁移化学物质来进行。SK生长也称作“层+岛生长”，进行两步骤过程，包括生长吸附体层，随后吸附体岛成核并聚结。第一步骤，即生长吸附体层，通常包括在晶体衬底上逐层生长吸附体膜，直至数个单层厚。当超过一定层厚(其厚度取决于所沉积膜的应变和化学势)时，第二步骤，即吸附体岛的成核和聚结，被触发， 以继续生长。因此，SK生长是混合沉积模式，其中迁移物质形成层，但是迁移率不够高，不能确保均勻性，在沉积过程中形成岛。SK生长过程中伴随的岛形成可以用作制造外延纳米级结构(如量子点)的手段。 控制衬底上岛的组织、密度和尺寸一般依赖于刻蚀掉或分隔出的区域(例如，使用纳米光刻及随后的深度反应离子刻蚀)。一般而言，为了尝试对量子点生成进行构图，利用随机点产生层，且去除层的一部分或者在层中产生凹陷。然后，点在凹陷上生长，通常每一凹陷中形成多于一个点。在单个晶面上生长外延(同质或异质)薄膜依赖于吸附原子与表面之间的相互作用强度。大多数外延生长通过气相技术(如分子束外延(MBE))来进行。VW生长的特征在于岛到层生长，FM生长的特征在于分层生长，而SK生长的特征在于介于VM生长和FM生长之间的中间过程。在VW生长中，吸附原子-吸附原子相互作用强于吸附原子与表面之间的相互作用，导致形成三维吸附原子簇或岛。这些簇的生长连同粗化(coarsening) —起导致在衬底表面上生长粗糙的多层膜。相反，在FM生长期间，吸附原子优先附至表面位置， 得到在原子级别上光滑的完成层；这被认为是在生长后继层之前就已经形成完整的膜的二维生长。SK生长是介于VW生长和FM生长之间的过程，且特征在于同时具备二维层生长和三维岛生长。从逐层生长到基于岛的生长的转变在一定层厚时发生，该厚度可以取决于衬底和膜的化学和物理性质，例如，表面能和晶格参数。最初的膜生长可以遵循Frank-van derMerwe(FM)机制，即，正差分、非微量应变能在所沉积的层中累积。在一定高度(或膜厚)，该应变可以导致化学势的符号反转，即，负差分，导致生长模式的切换。此时，从能量角度来讲，有利于使岛成核且进一步按Volmer-Weber(VW)型机制来进行生长。这种转变可以由Asaro-TiIler Grinfield(ATG)不稳定性(也称作Grinfeld不稳定性)来触发。ATG不稳定性是弹性不稳定性。如果生长的膜与支撑晶体的晶格尺寸之间存在失配，则弹性能将在生长的膜中累积。在一定高度，如果膜破裂为隔离的岛，则膜的自由能将降低，其中张力可以横向释放。由于破裂为隔离的岛而膜能量降低时的高度取决于杨氏模量、失配大小和表面张力。利用在空间或时间上控制这种转变的能力，能够操控纳米结构的物理参数(如几何形状和尺寸)，这又可以改变纳米结构的电特性或光电特性(即， 带隙)。SK生长对于量子点沉积是有吸引力的，因为力平衡足够复杂，所以如果工艺快速停止，在与沉积材料晶格匹配较差的表面上进行生长可以导致量子点岛的伪随机生长。这种岛的位置可能是不可控或不可预测的。然而，可预测的应力大小有助于SK生长量子点在大体预定的位置处成核。这是因为SK工艺是在凝聚力和扩散力近似相同而使得局部应力或缺陷能足以选择岛形成的条件下进行的。根据在此所讨论的多个示例，应力和/或缺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.05.04 US 12/435,2131.一种用于量子点生长的方法，包括 提供衬底；沿衬底的表面按一定图案形成缺陷区；以及在衬底的表面上沉积第一材料，使得沿衬底的表面在缺陷区中形成量子点，其中量子点的形成至少部分地基于所述图案。2.根据权利要求1所述的方法，其中衬底包括硅，以及第一材料包括锗。3.根据权利要求1所述的方法，其中在衬底上形成缺陷包括在衬底中形成沟槽。4.根据权利要求3所述的方法，其中沟槽具有第一边缘和第二边缘，以及量子点主要沿第一边缘和第二边缘形成。5.根据权利要求3所述的方法，还包括以第二材料填充沟槽。6.根据权利要求1所述的方法，其中衬底包括硅晶片，以及第二材料包括锗硅。7.根据权利要求6所述的方法，还包括在沟槽填充材料之后对衬底进行平滑处理。8.根据权利要求1所述的方法，其中在衬底上沉积材料包括使用分子束外延沉积材料。9.根据权利要求1所述的方法，其中在衬底上形成缺陷包括在衬底上沉积线。10.根据权利要求1所述的方法，还包括在沉积的材料上形成薄膜层，以及在薄膜层上沉积材料。11.根据权利要求10所述的方法，其中衬底和薄膜层由相同材料制成。12.根据权利要求10所述的方法，其中薄膜层的厚度在约0.25 μ m至约0. 5 μ m之间。13.一种量子点器件，包括衬底，具有沿衬底的表面按一定图案形成的缺陷区；以及多个量子点，主要位于缺陷区的边缘，其中量子点的位置至少部分地...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃泽齐埃尔·克鲁格里克，
申请(专利权)人：英派尔科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：