[发明专利]一种锗量子点结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子信息技术领域，具体涉及一种锗量子点结构的制备方法。

背景技术

半导体量子点的生长和性质成为当今研究的热点。量子点中低的态密度和能级的尖锐化，导致了量子点结构对其中的载流子产生三维量子限制效应，从而使其电学性能和光学性能发生变化，而且量子点在正入射情况下能发生明显的带内跃迁。这些性质使得半导体量子点在单电子器件、存贮器以及各种光电器件等方面具有极为广阔的应用前景。

锗材料因其具有大幅度优于硅的红外波段响应以及廉价的成本，成为取代硅以及化合物半导体材料，作为新一代发光器件以及光电探测器件的重要备选材料。锗量子点及微晶结构由于其在光电子领域的潜在应用而日益受到关注，有关量子点器件的研究中红外和可见光探测器已经被证实具有很大的实用价值。

常规的量子点制备主要通过光刻技术或者自主装技术实现。前者工艺成本较高，后者较难实现与各种衬底结构相集成。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种锗量子点结构的制备方法，通过在封闭环境内部加热一氧化锗，使一氧化锗分解形成锗以及高价氧化锗，从而具有低成本、方法简易、便于集成、可大规模制备的优点。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种锗量子点结构的制备方法，该方法包括：在单晶硅衬底的表面沉积一氧化锗层；在一氧化锗层表面沉积阻挡层，形成由单晶硅衬底、一氧化锗层和阻挡层构成的复合结构；以及加热该复合结构，位于单晶硅衬底与阻挡层之间的一氧化锗层被分解为高价氧化锗和锗量子点结构，从而获得由高价氧化锗包覆的锗量子点结构。

上述方案中，所述加热该复合结构的步骤中，加热温度介于300摄氏度至900摄氏度，加热环境是真空，或者是氮气、氩气、氦气、氖气和氧气中的任一种气体，或者是氮气、氩气、氦气、氖气和氧气中任意两种或两种以上气体的混合气体。

上述方案中，如果需要去除包覆锗量子点结构的高价氧化锗，则该方法还包括：通过溶液腐蚀的方法去除包覆锗量子点结构的高价氧化锗，腐蚀液可以是稀盐酸、氢氟酸、稀氢氧化钠或者水。

上述方案中，所述在单晶硅衬底的表面沉积一氧化锗层的步骤中，所述一氧化锗层是通过650摄氏度共加热高纯锗与二氧化锗混合物获得的，或者所述一氧化锗层是通过调节氧气分压或者溶液的酸碱性通过热氧化或者化学氧化的方法获得的。

上述方案中，所述一氧化锗层的厚度为20纳米。

上述方案中，所述阻挡层为氧化铝、氮化硅、氮化硼或氧化硅。

上述方案中，所述高价氧化锗，其中锗的价态高于2价。

上述方案中，所述锗量子点结构是单层或者多层结构。

上述方案中，所述锗量子点结构中的锗量子点是单晶、多晶或者非晶态；所述锗量子点结构中的锗量子点是3埃至50纳米的球体。

(三)有益效果

常规的量子点制备主要通过光刻技术或者自主装技术实现。前者工艺成本较高，后者较难实现与各种衬底结构相集成。本发明涉及一种锗量子点结构的制备方法，所述方法通过热力学控制方法获得高锗量子点结构，具有低成本、方法简易、便于集成、可大规模制备的优点。

附图说明

图1是依照本发明实施例的制备锗量子点结构的方法流程图；

图2为依照本发明实施例的制备锗量子点结构的工艺流程图；

图3为依照本发明实施例制备的被高价氧化锗包覆的锗量子点结构的能带结构图；

图4为依照本发明实施例制备的被高价氧化锗包覆的锗量子点结构的在电场中的能带结构图；

图5为依照本发明实施例制备的被高价氧化锗包覆的锗量子点结构的拉曼能谱。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提供了一种锗量子点结构的制备方法，该方法通过在封闭体系内加热一氧化锗，并通过热力学控制方法使一氧化锗分解为锗和高价态的氧化锗，从而获得高价态的氧化锗包覆的单层或者多层锗量子点结构。

如图1所示，图1是依照本发明实施例的制备锗量子点结构的方法流程图，该方法包括以下步骤：

步骤101：在单晶硅衬底的表面沉积一氧化锗层；

步骤102：在一氧化锗层表面沉积阻挡层，形成由单晶硅衬底、一氧化锗层和阻挡层构成的复合结构；以及