[發明專利]具有單片集成的量子點器件的半導體芯片載體及其制造方法

無效

• 申請號: 201180064037.5
• 申請日: 2011-11-03
• 公開（公告）號: CN103415925A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: L·皮爾·德羅什蒙
• 申請（專利權）人: L·皮爾·德羅什蒙
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06
• 代理公司: 北京連和連知識產權代理有限公司 11278
• 代理人: 賀小明

參考相關申請

本申請要求2010年11月3日遞交的名稱為“完全集成的硅載體中的量子點場效應晶體管及其制造方法”的61/409,846號美國臨時申請的優先權。

技術領域

本發明總體上涉及在納米尺寸級別下在結構上設計為并化學地處理為顯示三維電子氣的性能的塊體（bulk）半導體材料，具體地，涉及將這些單一的半導體材料并入用于將包含較大的微電子系統的附加的半導體芯片與其他單片集成至載體表面的有源電或光電子器件電互連的半導體載體中。

背景技術

本發明具體涉及由均勻分布的納米級多晶粒組成的塊體半導體材料，其中多晶晶粒的直徑限制在納米實際尺寸上以使半導體材料的納米結構在多晶晶粒內引起賦予塊體半導體三維（3D）電子氣的電學或光學性能（這里指“一般介電性能”）的量子-尺寸效應。本發明另外具體的實施例涉及將導電或電絕緣材料電擴散至納米級多晶晶粒的晶界中的方法和過程。

本發明總體上涉及有源電子、光子或光電子器件的單片裝配，該器件包含具有厚度大于50nm的半導體材料的層，其在用于將各種附加的半導體芯片電互連至更復雜的微電子系統中的半導體芯片載體上表現出3D電子氣的一般介電性能。這些各種有源電子或光電子器件可以包括，但不限于，高功率密度/高速功率管理電路、穩定的時鐘發生器、電信號調制器、光學傳感器、光學功率發生器、光學信號發生器和/或調制器或熱電系統，

1.現有技術的說明

T.J.Phillips等人（7173292號美國專利），（以下簡稱Phillips'292），教導了由應用于窄帶隙半導體材料的調制-摻雜場效應（MODFET）晶體管或高電子遷移率（HEMT）晶體管中的碰撞電離引起的逃逸電流（雪崩擊穿）可以通過形成量子阱場效應晶體管（QWFET）而得到減輕或實質上消除。量子阱FET由包含一種或多種寬帶隙半導體的較薄的多層結構組成。（參見圖1和2）。圖1示出了包含嵌入兩個寬帶隙半導體層3、4之間的量子阱區2的QWFET1的垂直橫截面。該量子阱區2由多個不同的半導體層5、6、7組成。中間層6形成了主要導電通道，其以形成輔助導電通道的半導體材料5、7為界，其中輔助導電通道具有半導體帶隙21、22，其大于用于形成主要導電通道6的層中的半導體材料的帶隙23，但小于寬帶隙半導體層3、4的帶隙24、25。圖2示出了從由X-X’所定義的橫截面視圖觀察圖1中所示的層狀半導體結構的典型能帶隙圖20。

場效應器件通過在兩個導電的摻雜源極8和漏極9區之間插入量子阱區2來形成。當供應給源極11的電流被漏極12聚集起來時，施加在柵極10上的電偏壓接著用于調制該電流。QWFET器件中可獲得的高電荷載流子遷移率允許報道為250GHz至1THz之間的范圍中的較高的轉換速度，因此其具有高轉換速度系統或毫米-波通信系統中的價值。

在QWFET器件中，中間層6必須足夠?。?0-50nm）以通過主要導電通道中含有的量子阱中的量子化效應形成二維（2-D）電子氣。量子化效應由中間層6的納米級厚度和帶邊26、27的高度產生，其中帶邊26、27通過接觸形成量子阱28的半導體層5、7產生。這些量子化效應產生高電子遷移率2-電子氣的離散能級29、30。半導體層5、7提供較高的電離閾值，其通過碰撞電離過程來防止中間層6中的主要導電通道中流動的電流經受雪崩擊穿。用于主要通道中的低帶隙半導體材料的實例為銻化銦(InSb)、砷化銦(InAs)、砷銻化銦(InAs_（1-y）Sb_y)、銻化鎵銦(In_（1-x）Ga_x?Sb)和/或砷化鎵銦(In_（1-x）Ga_x?As)。

2.術語的定義

術語“有源組件”在這里理解為其傳統定義：需要電功率來運行并能夠產生功率增益的電路的元件。

術語“堿金屬”在這里理解為其傳統定義：周期表的IA族中的金屬元素組，其由鋰、鈉、鉀、銣、銫和鈁組成。

術語“堿土金屬”在這里理解為其傳統定義：周期表的IIA族中給出的金屬元素組，其由鎂、鈣、鍶、鋇和鐳組成。

術語“非晶材料”在這里理解為不包含原子元素的周期性晶格或沒有中程（超過數十納米的距離）至長程（超過數百納米的距離）的晶級的材料。

術語“化學復雜性”、“組分復雜性”、“化學上復雜”或“組分上復雜”在這里理解為材料，如金屬或超合金、化合物半導體或由周期表的三種（3）或更多種元素組成的陶瓷。