способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур
Классы МПК: | H01L21/203 физическим осаждением или напылением, например вакуумным распылением или разбрызгиванием |
Патентообладатель(и): | Кадушкин Владимир Иванович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-08-12 публикация патента:
27.01.1996 |
Использование: при изготовлении квантово-размерных полупроводниковых структур. Сущность изобретения: способ включает формирование квантово-размерных областей в процессе выращивания структур методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Формирование производят посредством монохроматизации и фокусировки пучка атомов легирующей примеси с последующим направлением пучка атомов на дифракционный элемент, выделением из дифрагированного пучка первого дифракционного максимума и его направлением на поверхность эпитакисальной структуры. 7 з. п. ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КВАНТОВО-РАЗМЕРНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР, включающий выращивание легированных структур методом молекулярно-лучевой эпитаксии и формирование квантово-размерных областей, отличающийся тем, что формирование квантово-размерных областей производят в процессе выращивания структур посредством мнохроматизации и фокусировки пучка атомов легирующей примеси с последующим направлением пучка атомов на дифракционный элемент, выделением из дифрагированного пучка первого дифракционного максимума и его направлением на поверхность эпитаксиальной структуры, причем постоянную d дифракционного элемента выбирают из соотношения![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053582/2053582-16t.gif)
где M - масса атома легирующей примеси, кг;
q - угол дифракции, град;
T - температура атомов пучка легирующей примеси, К;
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053582/1115.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053021/183.gif)
k - постоянная Больцмана, Дж / К. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что монохроматизацию пучка атомов легирующей примеси осуществляют посредством лазерного охлаждения. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют точечную фокусировку первичного пучка атомов легирующей примеси. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют линейную фокусировку первичного пучка легирующей примеси. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве компонент выращиваемой эпитаксиальной структуры используют элементы III и V групп. 6. Способ по пп.1 и 5, отличающийся тем, что в качестве легирующей примеси используют кремний. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве компонент выращиваемой эпитаксиальной структуры используют элементы IV группы. 8. Способ по пп.1 и 7, отличающийся тем, что в качестве легирующей примеси используют бор.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к технологии получения тонкопленочных эпитаксиальных структур для квантоворазмерных полупроводниковых приборов. Одной из основных тенденций развития полупроводниковой микроэлектроники в настоящее время является повышение быстродействия и снижение потребляемой мощности полупроводниковых приборов (в частности, транзисторов) при дальнейшем повышении степени их миниатюризации. Эффективным средством решения этих задач является создание квантовых приборов, в которых линейные размеры рабочего канала сравнимы с длиной волны электрона. Такие приборы характеризуются наличием областей с дискретно-регулярными электронными состояниями, в которых движение электрона ограничено либо в двух направлениях ("квантовые нити"), либо во всех трех измерениях ("квантовая точка") [1]Когда электроны заключены в ограниченной потенциальными барьерами области пространства, по размерам сравнимой с длиной волны электрона, начинают проявляться их волновые свойства и они могут туннелировать через ограничивающие барьеры. Кроме того, при этом появляются еще два взаимосвязанных эффекта размерное квантование и резонанс. Реализация приборов, работающих на этих эффектах, позволяет обеспечить скорость переключения, близкую к максимально достижимой при туннелировании, и малую потребляемую мощность (ввиду малых размеров квантового прибора), так как благодаря квантовым эффектам ток оказывается очень чувствительным к изменению приложенного напряжения. Это обуславливает актуальность задачи получения квантоворазмерных структур (в частности, эпитаксиальных), в которых электроны проводимости сосредоточены в областях структуры, расположенных в ее верхнем слое, и линейные размеры которых сравнимы с длиной волны электрона (например 200
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053582/2053582t.gif)
d
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053582/2053582-2t.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053582/2053582-3t.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053038/920.gif)
h постоянная Планка, Дж
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053013/729.gif)
k постоянная Больцмана, Дж/К. Монохроматизацию атомов пучка легирующей примеси осуществляют путем лазерного охлаждения. Пучок атомов легирующей примеси, падающий на дифракционный элемент, фокусируется в виде точки или линии (точечная или линейная фокусировка) в зависимости от требуемой формы квантов о размерной области квантовая точка или квантовая нить соответственно. В качестве компонент выращиваемой эпитаксиальной структуры могут быть использованы элементы III и V групп (например, As и Ga), или элементы IV группы (Si, Ge), а в качестве легирующей примеси Si и В соответственно. На чертеже изображено устройство, при помощи которого реализуется предлагаемый способ. Устройство содержит размещенные в вакуумной камере (не показана) подложку 1, на которой выращивается эпитаксиальная структура, молекулярные источники 2 компонент выращиваемой структуры, ориентированные на подложку 1, молекулярный источник 3 атомов легирующей примеси, лазеры 4, расположенные вне вакуумной камеры, с системой зеркал 5, фокусирующую систему, выполненную в виде набора коллимирующих щелей 6, дифракционный элемент 7, мобильное устройство 8 охлаждения и подвижную ограничивающую диафрагму 9. Коллимирующие щели 6 выполняются в виде диафрагмы с круглыми или прямоугольными отверстиями (размер десятые доли мм) и служат для вырезания из пучка атомов легирующей примеси областей круглого или линейного сечения на поверхности дифракционного элемента 7 (точечная или линейная фокусировка). Использование набора щелей 6 позволяет сфокусировать пучок атомов легирующей примеси на различные участки дифракционного элемента 7 и получить в дальнейшем набор кванторазмерных областей на подложке 1. В качестве дифракционного элемента 7 используются амплитудные или фазовые дифракционные решетки со спектральным диапазоном
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053067/955.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053582/2053582-4t.gif)
2d sin
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053038/920.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053067/955.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053038/920.gif)
m порядок дифракционного максимума;
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053067/955.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053067/955.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053067/955.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053582/2053582-5t.gif)
V скорость атома легирующей примеси;
h постоянная Планка; и соотношения между кинетической и тепловой энергией потока атомов
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053582/2053582-6t.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053582/2053582-7t.gif)
k постоянная Больцмана; получаем
d2
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053582/2053582-8t.gif)
d
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053582/2053582-9t.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053013/729.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053038/920.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053248/8771.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053582/2053582-10t.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053038/920.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053038/920.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053248/8771.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053582/2053582-11t.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053229/969.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053229/969.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053229/969.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053229/969.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053582/2053582-12t.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053067/916.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053067/916.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053248/8771.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053582/2053582-13t.gif)
Т температура атомного пучка;
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053021/948.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053582/2053582-14t.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053248/8771.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053021/183.gif)
![способ получения квантово-размерных полупроводниковых структур, патент № 2053582](/images/patents/419/2053582/2053582-15t.gif)
Класс H01L21/203 физическим осаждением или напылением, например вакуумным распылением или разбрызгиванием