[發明專利]基于微納米金屬/半導體肖特基結的可控量子結構制備方法

有效

• 申請號: 202011142806.6
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112382558B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 鐘振揚;陳培宗;張寧寧;張立建;樊永良;蔣最敏
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L21/18
• 分類號: H01L21/18;H01L29/06
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

1.一種基于微納米金屬/半導體肖特基結的可控量子結構制備方法，是在含有量子阱的半導體表面，制備金屬微納米結構，形成微納米尺度的金屬/半導體肖特基結，該微納米肖特基結附近存在一個局域靜電場，在量子阱層中對載流子產生一個橫向限制，其橫向勢阱的形狀、尺寸和分布幾乎與表面的金屬微納米結構的一樣；而縱向的勢阱限制由量子阱與周圍半導體的能帶偏差所產生；結合這兩種勢阱限制，從而在半導體量子阱中得到新型可控的量子結構；所述量子結構包括量子點、量子線、量子環及其混合結構和陣列；具體步驟如下：

(1)在單晶半導體襯底上生長帶有蓋帽層的半導體量子阱層；

(2)然后通過電子束刻蝕或光刻技術，在埋有半導體量子阱的半導體表面制備可控金屬微納米結構，從而在量子阱中得到和表面金屬微納米結構尺寸、形狀和分布幾乎相同的半導體量子結構。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述半導體量子阱的厚度為1-30nm，量子阱層離半導體表面的距離即半導體蓋帽層的厚度為5-100nm。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，單個金屬納米結構的尺度為10-500nm；所用的金屬滿足如下條件：|(W-χ)-(E_c-E_f)|0.005eV；

其中，W是金屬功函數，χ為半導體的親和勢，E_c為半導體的導帶底能量，E_f為半導體的費米能；金屬微納米結構是任何形狀，包括納米盤、納米線、納米環及其混合結構或陣列。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述金屬為金，所述半導體量子阱層為鍺硅合金層，制備的具體操作流程如下：

(1)取Si(001)單晶片作為襯底，并對其進行化學清洗；

(2)在清洗干凈的Si(001)單晶片襯底上，通過分子束外延設備或其他生長設備生長鍺硅合金薄膜以及硅的覆蓋層；合金層中鍺組份質量為5％-50％，合金層厚度1-30nm，硅覆蓋層厚度為5-100nm；

(3)在生長有鍺硅合金薄膜和硅覆蓋層的樣品上，先蒸鍍一層SiO₂薄膜，其厚度為30-100nm；接著通過電子束曝光形成一定結構陣列的PMMA膠掩模板；然后通過在BOE溶液中浸泡20s去除孔洞下方的SiO₂，之后通過電子束蒸鍍方式蒸鍍金薄膜，厚度為10-30nm，然后剝離PMMA膠得到金納米結構：其中，所述一定結構陣列，包括圓孔陣列、線陣列、環形陣列或其組合的陣列，則得到的納米結構為納米盤、納米線或納米環，或其組合納米結構。