[发明专利]多量子阱器件

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件及其制造方法。更具体而言，本发明涉及多量子阱器件，例如，包含两个或更多个直接且选择性接触件的耦合量子阱器件(CQWD)及这种器件的制造方法。

背景技术

例如在A.Palevski，et al.“Resistance Resonance in CoupledPotential Wells”，Physical Review Letters，Vol.65，No.15，pg.1929(1990)，Y.Katayama，et al.“Lumped Circuit Model ofTwo-Dimensional Tunneling Transistors，”Appl.Phys.Lett.Vol.62，No.20，pg.2563(1993)，J.A.Simmons，et al.“UnipolarComplementary Bistable Memories Using Gate-Controlled NegativeDifferential Resistance in a 2D-2D Quantum Tunneling Transistor，”International Electron Devices Meeting，1997，Technical Digest，Dec.7-10，1997，pgs.755-758，J.P.Eisenstein，et al.“IndependentlyContracted Two-Dimensional Electron Systems in Double QuantumWells，”Appl.Phys.Lett.Vol.57，No.26，p.2324(1990)，以及I.B.Spielman，et al.“Observation of a Linearly Dispersing CollectiveMode in a Quantum Hall Ferromagnet，”Physical Review Letters，Vol.87，No.3，(2001)中描述的耦合量子阱器件(CQWD)是可以在极低的电压(例如，0.1V至0.3V)下操作的隧穿器件，这种器件具有功耗方面的主要优点，且人们很有兴趣对其进行研究以评估它们的潜能。

在其最简单的两层形式中，CQWD包含被薄势垒层分开的两个量子阱层。每个量子阱层包括位于xy平面中的2维电子气(2DEG)的极薄薄片(sheet)。这两个2DEG薄片沿着z轴在不同的位置叠置，在它们之间具有窄的隧穿能隙。当这些2DEG薄片中的能级简并(即，它们的量子态共享相同的量子数)时，它们由于薄片间的隧道效应而强耦合。当能级不相等时，隧穿耦合下降，且能量差变得与形成单个开关器件的薄片间矩阵元件可比。至于涉及这种两层CQWD结构的更多细节，参见上述Palevski等人、Katayama等人以及J.A.Simmons等人的文章。

已经发现，三层CQWD结构构成一个锁存器，该锁存器可以形成逻辑和存储电路基础。这例如在Katayama于1997年4月29日提交的名为“Static Memory Cell With Spaced Apart ConductingLayers”的美国专利No.5,625,589和Y.Katayama的“NewComplementary Logic Circuits using Coupled Quantum Wells，”IEEE Nano(2004)中所有描述。

局部地使用单粒子态的量子化的CQWD构成了朝向利用量子系统的计算的初步步骤。

而且，已经发现，在合适的条件下，在CQWD中在低温涉及基础物理(参见，上述I.B.Spielman等人以及Eisenstein等人的文章)，且这是未来研究的另一有前途的领域。

然而，在现有技术CQWD结构中，由于制备各个量子阱的选择性接触件的困难，多量子阱层典型地是并联的，即，通过相同的一组电极连接，所述电极同时连接所有多量子阱层。量子阱要么并行操作，要么通过使用附加的顶部和底部关断电极间接地实现串行操作。