一種制備鍺硅量子點(diǎn)共振隧穿二極管的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制備鍺硅量子點(diǎn)共振隧穿二極管的方法，特別是使用離子束濺射技術(shù)來(lái)制備共振隧穿二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]量子點(diǎn)共振隧穿二極管(QDRTD)是2005年在國(guó)外發(fā)展起來(lái)的高靈敏度的可見、近紅外光子探測(cè)器件。目前QDRTD的制備方法主要有化學(xué)氣相沉積(CVD)和分子束外延技術(shù)(MBE)，這兩種技術(shù)制備的QDRTD已成功得到應(yīng)用，但是由于化學(xué)氣相沉積設(shè)備和分子束外延設(shè)備價(jià)格高昂，存在著生產(chǎn)成本高、工藝復(fù)雜、生產(chǎn)效率低的問(wèn)題，不利于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。使用離子束濺射技術(shù)制備鍺硅量子點(diǎn)，可獲得高密度、小尺寸、大高寬比、尺寸均勻、可控性好的Ge量子點(diǎn)，且離子束濺射設(shè)備相對(duì)價(jià)格較低，易于操作。用這種技術(shù)制備的鍺硅量子點(diǎn)不僅能與成熟的硅基大規(guī)模集成電路技術(shù)要求制作光電探測(cè)器的材料相容，而且易于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。因此我們將這種技術(shù)應(yīng)用在QDRTD的制備過(guò)程中。
[0003]經(jīng)文獻(xiàn)檢索，未見有將離子束濺射技術(shù)及設(shè)備應(yīng)用于QDRTD的制備過(guò)程的公開報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種制備鍺硅量子點(diǎn)共振隧穿二極管的方法。其特征在于制備鍺硅量子點(diǎn)時(shí)采用離子束濺射設(shè)備及技術(shù)，方法步驟如下:
[0005]S1.以P型重?fù)诫sSi (118Cm-3)襯底為下電極接觸層⑴，在其上生長(zhǎng)一層Si緩沖層(2):將離子束濺射設(shè)備腔體溫度加熱到700°C，保溫10分鐘，然后濺射50nm厚度的Si緩沖層2 ；
[0006]S2.在Si緩沖層⑵上依次疊加制備多層Ge/Si量子點(diǎn)層(3)和Si隔離層(4):原位退火10分鐘，濺射2.Snm的Ge，形成Ge/Si量子點(diǎn)層(3)，生長(zhǎng)中斷5分鐘，在第一層Ge點(diǎn)上覆蓋沉積20nm的Si隔離層(4)，完成后退火10分鐘，以上為一個(gè)周期，依次根據(jù)器件需要完成多個(gè)周期的生長(zhǎng)；
[0007]S3.在S3制備的Si隔離層⑷上面生長(zhǎng)一層10nm的N型重?fù)诫sSi (1018cm_3)作為上電極接觸層(5)，在上電極接觸層(5)上面沉積Al膜作為上電極(6)。
[0008]S4.在下電極接觸層⑴的一邊較低的臺(tái)面上上沉積Au，作為下電極(7)；
[0009]以上即完成鍺硅量子點(diǎn)共振隧穿二極管的制備。
[0010]二極管工作時(shí)，給上電極(6)、下電極(7)上加上偏壓V。利用量子點(diǎn)俘獲光生空穴，使得勢(shì)阱能級(jí)和發(fā)射極費(fèi)米能級(jí)對(duì)準(zhǔn)，產(chǎn)生電流。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果有益效果:采用上述方案，即使用離子束濺射方法制備鍺硅量子點(diǎn)共振隧穿二極管，使制備成本低、工藝簡(jiǎn)單、易于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，有效解決了制備鍺硅量子點(diǎn)共振隧穿二極管的不足，是制備鍺硅量子點(diǎn)共振隧穿二極管一種簡(jiǎn)易而高效的方法；在制備的過(guò)程中，直接采用P型重?fù)诫sSi (1018cm_3)襯底作為下電極接觸層，簡(jiǎn)化了制備工藝，也能達(dá)到同樣的應(yīng)用效果，且這樣的P-1-N結(jié)構(gòu)，既可以利用量子點(diǎn)做吸收層，又可以利用Pn結(jié)暗電流小的優(yōu)點(diǎn)，提高探測(cè)器探測(cè)效率。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為鍺硅量子點(diǎn)共振隧穿二極管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]附圖中為下電極接觸層，2為Si緩沖層，3為Ge/Si量子點(diǎn)層，4為Si隔離層，5為上電極接觸層，6為上電極，7為下電極。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1鍺娃量子點(diǎn)共振隧穿二極管結(jié)構(gòu)示意圖所示。娃襯底是P型重?fù)诫sSi，直接作為下電極接觸層(I);在硅襯底上先生長(zhǎng)一層Si緩沖層(2);在31緩沖層(2)的高面上依次間隔分布有Ge/Si量子點(diǎn)層(3)及Si隔離層(4)，共5層相疊加；在Si隔離層(4)上面為上電極接觸層(5)，其上以Al膜作為上電極￠)，在下電極接觸層(I)的一邊較低的臺(tái)面上沉積Au，作為下電極(7)，即做成鍺硅量子點(diǎn)共振隧穿二極管。該結(jié)構(gòu)采用離子束濺射設(shè)備制備，反應(yīng)腔在氬氣氣氛下，溫度控制在700°C在P型重?fù)诫sSi(1018cm_3)襯底上直接制備量子點(diǎn)。本發(fā)明是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0015]S1.以P型重?fù)诫sSi (118Cm-3)作為為下電極接觸層⑴，離子束濺射設(shè)備反應(yīng)腔溫度加熱到700°C，保溫10分鐘，在下電極接觸層(I)上濺射50nm厚度的Si緩沖層(2);
[0016]S2.原位退火10分鐘，濺射2.8nm的Ge，完成第一層Ge/Si量子點(diǎn)層(3)生長(zhǎng)，生長(zhǎng)中斷5分鐘，進(jìn)行第二層生長(zhǎng)，在Ge/Si量子點(diǎn)層(3)上覆蓋沉積20nm的Si隔離層(4)，完成后退火10分鐘，以此為一個(gè)周期，按此方法和生長(zhǎng)條件依次生長(zhǎng)Ge/Si量子點(diǎn)層(3)和Si隔離層⑷各五層；
[0017]S3.在Si隔離層⑷上面生長(zhǎng)一層10nm的N型重?fù)诫sSi (118CnT3)作為上電極的接觸層5，在上電極接觸層(5)上面沉積Al膜作為上電極(6);
[0018]S4.在下電極接觸層⑴的一邊較低的臺(tái)面上上沉積Au，作為下電極(7)；
[0019]至此，完成鍺硅量子點(diǎn)共振隧穿二極管的制備。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備鍺硅量子點(diǎn)共振隧穿二極管的方法，其特征在于，使用離子束濺射設(shè)備，包括如下步驟: 51.以硅襯底為下電極接觸層(I)，在其上生長(zhǎng)一層Si緩沖層(2); 52.在Si緩沖層⑵上依次疊加制備多層Ge/Si量子點(diǎn)層(3)和Si隔離層(4); 53.在S3制備的Si隔離層上制備上電極接觸層(5)，在上電極接觸層(5)上制備上電極(6)； 54.在下電極接觸層⑴的一邊較低的臺(tái)面上制備電極(7)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種制備鍺硅量子點(diǎn)共振隧穿二極管的方法，其特征在于:所述下電極接觸層(I)為P型重?fù)诫sSi。
3.如權(quán)利要求1所述的一種制備鍺硅量子點(diǎn)共振隧穿二極管的方法，其特征在于:所述上電極接觸層(5)為N型Si。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鍺硅量子點(diǎn)共振隧穿二極管的制備方法，其特征在于采用離子束濺射技術(shù)和設(shè)備制備該器件，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果：采用上述方案，使制備成本降低、工藝簡(jiǎn)單、易于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，是制備鍺硅量子點(diǎn)共振隧穿二極管一種簡(jiǎn)易而高效的方法；且在制備的過(guò)程中，直接采用P型重?fù)诫sSi(1018cm-3)襯底作為下電極接觸層，從下至上生長(zhǎng)下電極、相間生長(zhǎng)鍺硅量子點(diǎn)和Si隔離層，然后在上面再長(zhǎng)一層上電極接觸層和上電極，此制備過(guò)程簡(jiǎn)化了制備工藝，并且能達(dá)到同樣的應(yīng)用效果。
【IPC分類】H01L31-18
【公開號(hào)】CN104576829
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410836252
【發(fā)明人】姚錦濤, 王茺, 楊宇, 顧曉嵐, 沈雷, 張麗紅, 李芳
【申請(qǐng)人】張家港恩達(dá)通訊科技有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月24日