[发明专利]一种Ge量子点的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及半导体量子点的制备方法，具体而言，是涉及一种小尺寸、高密度的Ge量子点的生长方法及其应用。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂窝状晶格的平面薄膜，由于在狄拉克点附近的线性能带结构色散和电子与空穴二者极高的载流子迁移率，石墨烯作为下一代半导体材料，引起了相当多的关注。

量子点是准零维的纳米材料，由少量的原子构成。粗略的讲，量子点三个维度的尺寸都在100nm以下，对载流子在空间的三个方向均具有限制作用，使得它表现出许多独特的光学和电学性质，如量子限制效应、量子隧穿效应、库伦阻塞效应和量子干涉效应等。利用这些性质制作的新型功能器件在未来微电子和光电子应用中将表现出重要作用。

然而现有的量子点的制备方法存在明显的缺点，如基片的清洗工艺复杂、Ge量子点的形貌和尺寸均匀性差、自组装性差等情况，这些缺点对量子点在后续的器件中的性能有很大的影响。

与现有技术相比，本发明有如下优点：

（1）采用工业界通用的离子束溅射设备在以石墨烯层作为生长界面来生长Ge量子点，降低了Ge量子点的生长成本和技术要求，有利于量子点产品的产业化。

（2）由于石墨烯具有均匀的界面，以石墨烯作为Ge量子点的生长界面，形成了形貌和均匀性较好的量子点。

（3）石墨烯有良好的光电特性，Ge量子点的带隙可调，二者结合所得的复合材料具有优良的光电特性，对光电器件的制备有极大的研究价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自组织生长Ge量子点的方法。所述的方法选用具有优异光电性能的石墨烯作为衬底，在获得生长均匀，密度较大的Ge量子点的同时，简化了量子点的制备过程，提高了生长效率、降低了生产成本，满足工业化规模生产。

本发明所述的Ge量子点的生长方法通过下列技术方案实现：

（1）提供一块基底，清洗除去基底上的污染物；

（2）在清洗干净的基底上转移单层（1-10个单原子层）石墨烯层；

（3）在石墨烯层上在室温下生长1-10nm厚度的Ge量子点。

所述的基底，本发明没有特殊要求，可以为单层，选自晶态基底、玻璃态基底、金属箔片中的一种；可以为多层，选自SiO₂/Si、InAs/GaAs、Si/SiO₂中的一种。

所述的石墨烯的转移方法选自聚甲基丙烯酸甲酯转移法、热释放胶带转移法、聚二甲基硅氧烷转移法中的一种，优选地，聚甲基丙烯酸甲酯转移法。

所述的Ge量子点的生长方法为分子束外延、化学气相沉积、磁控溅射、离子束溅射、液相外延中的一种，优选地，离子束溅射。

所述的Ge量子点的制备方法，所生长的Ge量子点的密度高、尺寸小。量子点密度为1.0×10⁹cm^-2-1.0×10¹¹cm^-2，量子点高度为1-10nm，量子点底径在10-100nm。

本发明采用上述方案，有效解决了常规技术制备量子点材料存在的生产成本高、工艺复杂、不利于大规模生产等不足，获得了密度大、尺寸均匀性较高的量子点材料，满足光电信息器件的应用需求。

附图说明

图1是本发明所述Ge量子点的生长方法的流程示意图；

图2为本发明第一实施实例生长的Ge量子点的AFM图；

图3为本发明第一实施实例提供的量子点发光器件的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步描述，本领域的研究人员应该明了，所述的实施例不能视为对本发明的具体限制。

实施例1

所用设备为现有技术的FJL560Ⅲ型超高真空磁控和离子束联合溅射设备，在生长室安置有离子束溅射枪。设备所用靶材为纯度为5N（含量在99.999%以上）的高纯Ge方块形靶。溅射气体用纯度为5N的高纯氩气。超声清洗使用市购的超声清洗器。具体是：

用现有技术对基底SiO₂/Si进行下列处理：

A .选定SiO₂/Si基底，先用丙酮超声清洗10min，再用无水乙醇循环超声清洗10min，丙酮、无水乙醇交替超声清洗一次为一个周期，共洗2个周期，以除去表面的有机物、丙酮、无机杂质离子；