[发明专利]复合材料异质结的制备方法

说明书

本发明涉及异质结制备技术领域，具体而言，涉及一种复合材料异质结的制备方法。该制备方法包括以下步骤：在衬底上镀掩模，在掩模上甩预设厚度的HSQ Fox‑系列电子束光刻胶，经曝光显影后在掩模上形成光刻胶三维图形。在掩模及光刻胶三维图形上甩正性电子束光刻胶，经电子束曝光显影后在掩模上形成凹槽，刻蚀除去凹槽中的掩模，除去正性电子束光刻胶。利用分子束外延技术在所述凹槽中的衬底上生长第一相材料，使光刻胶三维图形相对第二相材料束流方向倾斜预设角度，使光刻胶三维图形的投影部分遮挡部分第一相材料，在未遮挡部分原位生长第二相材料以形成异质结；第一相材料为半导体纳米线。该方法能够进行选区生长半导体纳米线。

技术领域

本发明涉及异质结制备技术领域，具体而言，涉及一种复合材料异质结的制备方法。

背景技术

拓扑量子计算方案利用凝聚态体系中的非阿贝尔任意子“马约拉纳零模”(MZM-Majorana zero mode)进行编码，可以有效抵抗局域扰动，从而解决量子退相干与纠错的问题，具有内在的容错性。“超导-半导体纳米线”混合体系是一种可以实现拓扑量子计算的理想材料体系，具有易于通过电学手段进行调控、易集成等优势。研究者通常认为“超导-半导体纳米线”一维异质结中存在遵循非阿贝尔统计的“马约拉纳零模”，是一种可以实现拓扑量子计算的理想材料体系。如何稳定、批量并原位制备出高质量的“超导-半导体纳米线”异质结及其网络结构将成为实现拓扑量子比特的关键。即需要在一段半导体纳米线上的部分区域覆盖超导材料，在极低温下通过强磁场及电场调控，半导体纳米线表面被超导材料覆盖的区域会变成拓扑超导区，其末端可以探测到“马约拉纳零模”，这是拓扑量子比特的基础载体。理想的马约拉纳量子器件要求半导体纳米线具有超高的晶体质量和量子输运性质，同时要求半导体纳米线与超导的界面非常干净。如何稳定、批量并原位制备出高质量的“超导-半导体纳米线”异质结及其网络结构将成为实现拓扑量子比特的关键。

异质结由两层以上不同的材料薄膜依次沉积在同一衬底上形成，比如，由两种不同带隙宽度的半导体构成的半导体异质结广泛应用于现今的电子器件、发光器件、集成电路等领域。通过降低异质结的维度，并寻求不同于半导体的材料，比如，“超导材料-半导体材料”异质结，“磁性材料-半导体材料”异质结等结界面上还会存在很多新奇的物理现象。目前拓扑量子计算领域所需要的“超导-半导体纳米线”一维异质结主要通过VLS(vapor-liquid-solid mechanism)方法将半导体纳米线在衬底上垂直生长，然后在半导体纳米线上覆盖超导材料形成异质结。后续为了制备成马约拉纳器件，需要把长好的“超导-半导体纳米线”异质结转移到另一片衬底上面内放置，再进行后续加工，效率和良品率均较低，大大限制了器件的拓展。而且在通过该方法生长的半导体纳米线上覆盖超导材料时，无法进行选区覆盖，往往整个半导体纳米线上均会被覆盖超导材料，在器件加工过程中需要对半导体纳米线上的超导区域进行刻蚀，加工方法较为复杂，同时在刻蚀过程中会在器件中引入杂质，破坏器件的量子输运性质。

发明内容

基于此，本发明提供了一种复合材料异质结的制备方法，所述制备方法可以在衬底上准确选区、面内横向生长半导体纳米线，且能够在纳米线上的特定区域进行原位覆盖以形成异质结，无需刻蚀。

本发明提供了一种复合材料异质结的制备方法，包括以下步骤：

在衬底上镀掩模；

在所述掩模上甩预设厚度的HSQ Fox-系列电子束光刻胶，并经电子束曝光显影后在所述掩模上形成光刻胶三维图形；

在所述掩模及所述光刻胶三维图形上甩正性电子束光刻胶，并经电子束曝光显影后在所述掩模上形成凹槽；

刻蚀除去所述凹槽中的掩模，并除去所述正性电子束光刻胶；

利用分子束外延技术在所述凹槽中的衬底上生长第一相材料，并使所述光刻胶三维图形相对第二相材料束流方向倾斜预设角度，以使得所述光刻胶三维图形的投影部分遮挡部分所述第一相材料，并在未遮挡部分原位生长第二相材料以形成异质结；