[实用新型]基于零维欧姆接触的硅基纳米线量子点的装置

说明书

本实用新型提供了一种基于零维欧姆接触的硅基纳米线量子点的装置，包括：硅基纳米线基片结构、量子点电极结构和测量电路；硅基纳米线基片结构自下而上顺次包括：非掺杂硅衬底、硅缓冲层、锗层、硅包覆层和二氧化硅层；锗层中还包括量子点；量子点电极结构包括：源电极、漏电极、绝缘层和顶栅极电极；源电极和漏电极，分别置于硅基纳米线结构的两端，且与硅基纳米线结构零维接触；绝缘层，生长于硅基纳米线基片结构的二氧化硅层上；顶栅极电极，生长于绝缘层上；顶栅极电极通过绝缘层隔绝与源电极和漏电极接触；顶栅极电极用于调节载流子在量子点电极结构中的状态。本实用新型简化制备工艺，提高硅基纳米线量子点的制备成功率。

技术领域

本实用新型涉及半导体领域，尤其涉及一种基于零维欧姆接触的硅基纳米线量子点的装置。

背景技术

随着半导体微纳加工工艺的不断发展，芯片器件一方面不断提高集成度，另一方面不断缩小单个处理器件单元的尺度。目前，商用的芯片已经进入几纳米的量级。并且研究者已经在实验室制备出可精确调控载流子隧穿的门型电控栅极量子点结构，并以此为基础构建量子比特以及制备量子芯片。现阶段主要在硅、砷化镓、石墨烯、碳纳米管、铟砷纳米线、锗硅核壳型纳米线等几种材料上制备的量子点，因为量子比特长退相干时间以及快速操作速度的性能而被广泛研究。

自组织锗硅纳米线以空穴为载流子，理论研究预测比电子为载流子的材料拥有更长的退相干时间以及更快速的操作速度，是一种潜在的未来可应用量子芯片的材料体系。但现有的以自组织锗硅纳米线的门型电控量子点结构基础，制备量子点的成功率和稳定性还有待提升。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型提供了一种基于零维欧姆接触的硅基纳米线量子点的装置，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本实用新型的一个方面，提供了一种基于零维欧姆接触的硅基纳米线量子点的装置包括：硅基纳米线基片结构，自下而上顺次包括：非掺杂硅衬底、硅缓冲层、锗层、硅包覆层和二氧化硅层；所述锗层中还包括量子点；所述锗层、硅包覆层和二氧化硅层形成凸起结构作为硅基纳米线；量子点电极结构，包括：源电极和漏电极，分别置于所述硅基纳米线结构的两端，且与所述硅基纳米线结构零维接触；绝缘层，生长于所述硅基纳米线基片结构的所述二氧化硅层上；顶栅极电极，制备于所述绝缘层上；所述绝缘层隔绝所述顶栅极电极与源电极和漏电极；所述顶栅极电极用于调节载流子在量子点电极结构中的状态。

在本实用新型的一些实施例中，纳米线锗内核层，在所述锗层中部位置形成的凸起；纳米线硅包覆层，在所述硅包覆层中部位置形成的凸起；纳米线二氧化硅保护层，在所述二氧化硅层中部位置形成的凸起。

在本实用新型的一些实施例中，还包括测量电路，用于调节源电极、漏电极和顶栅极电极的电压，以调控载流子在量子点与漏电极和源电极之间的隧穿，所述测量电路包括：偏置电压，施加于所述源电极上；栅极电压，施加于所述顶栅极电极上，用于调节载流子在量子点与漏电极和源电极之间的运输状态；数字万用表，施加于所述漏电极上，用于测量载流子与漏电极和源电极之间的运输电流。

在本实用新型的一些实施例中，还包括：电极标记电路，所述电极标记电路包括：小号标记电极，用于精确定位所述硅基纳米线位置，并校准和套刻所述源电极、所述漏电极和所述顶栅极电极；大号标记电极，用于校准和套刻所述小号标记电极；栅极大电极，用于连接所述顶栅极电极；源大电极，通过条带状电极与所述源电极相连，用于连接所述源电极和所述漏电极；漏大电极，通过条带状电极与所述漏电极相连，用于连接所述源电极和所述漏电极。

在本实用新型的一些实施例中，所述大号标记电极包括：一个大号斜交叉电极组，所述大号斜交叉电极组宽度为10μm、长度为100μm；所述大号斜交叉电极组包括四个大号斜交叉电极；所述小号标记电极包括：多个小号斜交叉电极组，所述小号斜交叉电极组宽度为10nm、长度为100 nm；所述小号斜交叉电极组包括四个小号斜交叉电极。