[實(shí)用新型]自組織鍺硅納米晶基片、柵極電控量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201920281024.7
• 申請日: 2019-03-05
• 公開（公告）號: CN209675289U
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李海歐;李炎;胡蕾琪;劉赫;郭光燦;郭國平
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/16;H01L29/66;H01L29/739
• 代理公司: 11021 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 李坤<國際申請>=<國際公布>=<進(jìn)入國

本實(shí)用新型提供一種自組織鍺硅納米晶基片、柵極電控量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，該自組織鍺硅納米晶基片由下至上依次生長：非摻雜硅襯底、硅緩沖層、鍺層、硅包覆層以及二氧化硅層；其中，所述自組織鍺硅納米晶基片上利用分子外延生長技術(shù)，使所述鍺層、所述硅包覆層和所述二氧化硅層的中部均向上凸起，形成自組織硅鍺納米晶結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型提供的自組織鍺硅納米晶基片、柵極電控量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)以頂柵極層電控空穴型自組織鍺硅納米晶電控量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，為構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)的量子比特基本單元提供了可實(shí)現(xiàn)高集成度、快速操控的量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自組織鍺硅納米晶基片、柵極電控量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

隨著電子設(shè)備中芯片的集成度逐漸增加，以及芯片的基本單元的尺寸逐漸減小，量子效應(yīng)成為經(jīng)典芯片繼續(xù)發(fā)展中不可忽視的因素，與此同時量子物理成為新型半導(dǎo)體芯片的基礎(chǔ)，并發(fā)展出量子芯片?；诹孔有酒牧孔佑?jì)算在特定問題上擁有比經(jīng)典方案更加高效和快速的解決方案?？茖W(xué)家提出多種基于不同體系的量子計(jì)算方案。其中門型柵極電控半導(dǎo)體量子器件憑借其優(yōu)異的穩(wěn)定性和集成性，以及和現(xiàn)有半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)和設(shè)備結(jié)合的優(yōu)勢，適合于實(shí)用化和高集成度的半導(dǎo)體芯片的制作，被認(rèn)為是最有可能實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的體系之一。

現(xiàn)階段的研究主要集中于砷化鎵、硅、鍺硅核殼型納米線、銦砷納米線、石墨烯、和碳納米管等材料?？茖W(xué)家在不斷探索優(yōu)化材料性能的方案，與此同時也在探索合成新型的半導(dǎo)體材料。目前，應(yīng)用于量子芯片研究的低維半導(dǎo)體材料是基于轉(zhuǎn)移和化學(xué)氣相沉積等方法制備，單個材料的位置需要精確定位，很難進(jìn)一步提升芯片的集成度。

在非摻雜硅基片上利用外延生長技術(shù)生長的自組織硅鍺納米晶是一種零維納米結(jié)構(gòu)的新型半導(dǎo)體材料，在基于半導(dǎo)體材料的可擴(kuò)展量子芯片的研究中表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢，硅鍺納米晶能夠在基片上生長出位置可控的陣列，能夠用于大規(guī)模高集成度的芯片制備。第一，自組織硅鍺納米晶的載流子是空穴型。相比于電子型自旋，空穴自旋擁有更大的自旋軌道耦合強(qiáng)度，可應(yīng)有于全電控自旋比特的快速操控。第二，由于沒有核自旋影響，自組織硅鍺納米晶的空穴自旋擁有更長的相干時間，以此為基礎(chǔ)制備的量子比特?fù)碛懈L的操控時間和更多的操控次數(shù)。第三，自組織硅鍺納米晶的尺寸、結(jié)構(gòu)形貌和生長位置都可以精確控制。因此，在量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，具有良好的應(yīng)用前景。

實(shí)用新型內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

基于上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種自組織鍺硅納米晶基片、柵極電控量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，以緩解現(xiàn)有技術(shù)中，應(yīng)用于量子芯片研究的低維半導(dǎo)體材料是基于轉(zhuǎn)移和化學(xué)氣相沉積等方法制備，單個材料的位置需要精確定位，很難進(jìn)一步提升芯片的集成度的技術(shù)問題。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本實(shí)用新型的一個方面，提供一種自組織鍺硅納米晶基片，其由下至上依次生長：非摻雜硅襯底、硅緩沖層、鍺層、硅包覆層以及二氧化硅層；其中，所述自組織鍺硅納米晶基片上利用分子外延生長技術(shù)，使所述鍺層、所述硅包覆層和所述二氧化硅層的中部均向上凸起，形成自組織硅鍺納米晶結(jié)構(gòu)，包括：鍺層向上凸起形成的納米晶鍺內(nèi)核層；硅包覆層向上凸起形成的納米晶硅蓋帽層；以及二氧化硅層向上凸起形成的納米晶二氧化硅保護(hù)層。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一個方面，還提供一種自組織鍺硅納米晶柵極電控量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，包括：本實(shí)用新型提供的自組織鍺硅納米晶基片；電極結(jié)構(gòu)，包括：源電極層和漏電極層，形成于所述二氧化硅層的上表面，頂端通過所述納米晶二氧化硅保護(hù)層上的氫氟酸刻蝕窗口分別與所述納米晶硅蓋帽層的兩側(cè)連接；絕緣層，形成于所述源電極層和所述漏電極層的上表面，且將所述納米晶二氧化硅保護(hù)層的頂部覆蓋；以及頂柵極層，形成于所述絕緣層的上表面；其中，所述源電極層、漏電極層、絕緣層和頂柵極層形成電控量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)；以及測量電路，與所述電極結(jié)構(gòu)連接，用于測量和調(diào)節(jié)空穴在所述電控量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)與漏電極層和源電極層之間的輸運(yùn)狀態(tài)。