Способ получения регулярных массивов квантовых точек
Владельцы патента RU 2748938:
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) (RU)
Изобретение относится к области электроники и оптоэлектроники и может быть использовано при создании структур активных элементов нано- и оптоэлектроники и интегральных схем на их основе. Способ получения регулярного массива квантовых точек включает использование подложки с центрами зарождения, управляемое формирование центров зарождения, селективное формирование квантовых точек, при этом для формирования центров зарождения используется метод фотолитографии, в качестве центров зарождения используются углубления, формируется буферный слой, отделяющий подложку и квантовые точки. Изобретение обеспечивает возможность формирования регулярных массивов квантовых точек с высоким структурным совершенством и управления положением центров зарождения путем управляемого, с помощью метода фотолитографии, создания центров зарождения в виде углублений и осаждения буферного слоя, отделяющего подложку и квантовые точки. 1 ил.
Предлагаемый способ относится к области электроники и оптоэлектроники и может быть использован при создании структур активных элементов нано- и оптоэлектроники и интегральных схем на их основе.
Известен аналог заявляемого объекта «Способ получения наноструктур полупроводника» [RU Патент №2385835 от 23 октября 2008 года], содержащий этапы содержащий этапы формирования регулярных массивов квантовых точек на подложке: на первом этапе формируется оксидная матрица центров зарождения путем двухстадийного анодного окисления исходного материала матрицы до образования упорядоченно расположенной структуры нанопор, на втором этапе происходит формирование массива квантовых точек путем осаждения в оксидную матрицу полупроводника, на третьем этапе происходит удаление оксидной матрицы.
Данный способ позволяет формировать регулярный массив квантовых точек.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого объекта, использование подложки с центрами зарождения, селективность образования квантовых точек.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: неуправляемое формирование центров зарождения и квантовых точек в силу случайного характера процессов образования центров зарождения в оксидной матрице, химическое удаление оксидной матрицы после формирования квантовых точек и отсутствие буферного слоя, отделяющего подложку и квантовые точки, что приводит к деградации функциональных характеристик квантовых точек вследствие их контакта с агрессивными средами.
Известен аналог заявляемого объекта «Process to grow a highly ordered quantum dot array, quantum dot array grown in accordance with the process, and devices incorporating same» [US Патент № WO 2006/017220 A1 от 16 февраля 2006 года], содержащий этапы формирования регулярных массивов квантовых точек на подложке: на первом этапе формируется оксидная матрица путем двухстадийного анодного окисления исходного материала матрицы до образования упорядоченно расположенной структуры нанопор, на втором этапе проводится травление подложки через оксидную матрицу с целью формирования центров зарождения в виде углублений, на третьем этапе проводится удаление оксидной матрицы, химическая очистка" поверхности структурированной подложки, на четвертом этапе проводится осаждение буферного слоя, отделяющего подложку и квантовые точки, и на заключительном этапе на подложке в сформированных центрах зарождения в виде углублений осаждаются квантовые точки.
Данный способ позволяет получать регулярный массив квантовых точек с высоким структурным совершенством.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого объекта, является: использование подложки с центрами зарождения, осаждение буферного слоя, отделяющего подложку и квантовые точки, селективность образования и высокое структурное совершенство квантовых точек.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: неуправляемое формирование центров зарождения и квантовых точек в силу случайного характера процессов образования центров зарождения в оксидной матрице.
Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является «Способ формирования наноточек на поверхности кристалла» [RU Патент №2539757 С1 от 4 июля 2013 года], содержащий этапы формирования регулярных массивов квантовых точек на подложке: на первом этапе формируются центры зарождения в виде матрицы точечных дефектов с помощью комбинации методов фотолитографии и облучения электромагнитным излучением, на втором этапе в сформированные центры зарождения осаждаются квантовые точки.
Данный способ позволяет получать регулярный массив квантовых точек.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого объекта, является: использование подложки с центрами зарождения, управляемое формирование центров зарождения, селективное формирование квантовых точек.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: использование точечных дефектов в качестве центров зарождения, отсутствие осаждения буферного слоя, отделяющего подложку и квантовые точки, что приводит к деградации кристаллической структуры и функциональных характеристик квантовых точек.
Технический результат предполагаемого способа - формирование регулярных массивов квантовых точек с высоким структурным совершенством и управлением положением центров зарождения путем управляемого, с помощью метода фотолитографии, создания центров зарождения в виде углублений и осаждения буферного слоя, отделяющего подложку и квантовые точки.
Технический результат достигается за счет того, что для формирования центров зарождения используется метод фотолитографии, что позволяет управлять положением центров зарождения и, в последствии, квантовых точек, в качестве центров зарождения используются углубления, что позволяет повысить селективность формирования квантовых точек, а также формируется буферный слой, отделяющий подложку и квантовые точки, что позволяет подавить деградацию кристаллической структуры и функциональных характеристик и обеспечить высокое структурное совершенство квантовых точек.
Для достижения необходимого технического результата предложен способ получения регулярных массивов квантовых точек, состоящий из этапов формирования центров зарождения в виде углублений с помощью метода фотолитографии, предростовой обработки поверхности, формирование буферного слоя, отделяющего подложку и квантовые точки, селективного формирования квантовых точек в сформированных центрах зарождения.
На Фиг. 1 изображена схема этапов формирования структуры с регулярными массивами квантовых точек.
Изготовление регулярных массивов квантовых точек происходит следующим образом.
На исходной полупроводниковой подложке 1 (Фиг. 1, шаг 1) проводится формирование центров зарождения в виде углублений с помощью метода фотолитографии (Фиг. 1, шаги 1-5). Для этого формируется слой фоторезиста 2 и металлическая маска с заданной топологией 3 (Фиг. 1, шаг 2). Затем проводится экспонирование сформированной структуры в электромагнитном излучении, в ходе которого участки резиста 4, не защищенные маской, задубливаются и изменяют свои физико-химические свойства (Фиг. 1, шаг 3). На следующем этапе металлическая маска удаляется и структура травится в жидком травителе, в ходе чего незадубленные участки резиста удаляются, в результате чего также протравливается подложка 1 и формируются массив углублений 5 заданной топологией, при этом задубленные участки 4 не травятся (Фиг. 1, шаг 4). Химически удаляются задубленные участки резиста, проводится финишная очистка с последующей предростовой подготовкой поверхности подложки, в результате чего получается подложка 1 с сформированными на поверхности центрами зарождения в виде углублений 5 заданной топологией, готовая к последующему эпитаксиальному наращиванию (Фиг. 1, шаг 5). На следующем этапе осаждается буферный слой 6 полупроводникового материала матрицы с целью пространственного разделения обработанной, дефектной поверхности подложки 1 со следами химических загрязнений, не удаленных на предыдущем этапе, и высококачественной поверхности осаждаемого полупроводникового буферного слоя (Фиг. 1, шаг 6). Затем на подложку 1 с центрами зарождения в виде углублений поверх полупроводникового буферного слоя 6 осаждается материал квантовых точек докритической толщины, что в условиях стимулированной поверхностной диффузии приводит к селективной нуклеации и росту квантовых точек в углублениях при отсутствии нуклеации и роста структур на плоских участках поверхности (Фиг. 1, шаг 7).
Таким образом, предлагаемый способ представляет собой способ, позволяющий осуществлять управление положением квантовых точек и формирование регулярного массива квантовых точек с высоким структурным совершенством материала.
Таким образом, по сравнению с аналогичными способами, предлагаемый способ формирования регулярных массивов квантовых точек позволяет управлять положением квантовых точек на поверхности, повысить селективность формирования квантовых точек, обеспечивать высокое структурное совершенство материала квантовых точек и, как следствие, высокое качество активной среды устройств нано- и оптоэлектроники на их основе, за счет формирования центров зарождения в виде углублений с помощью метода фотолитографии, предростовой обработки поверхности, формирование буферного слоя, отделяющего подложку и квантовые точки, селективного формирования квантовых точек в сформированных центрах зарождения.
Способ получения регулярного массива квантовых точек, включающий использование подложки с центрами зарождения, формирование центров зарождения, селективное формирование квантовых точек, отличающийся тем, что формирование центров зарождения осуществляют путем формирования методом фотолитографии углублений в подложке с нанесением на подложку буферного слоя, а селективное формирование квантовых точек осуществляют путем осаждения материала квантовых точек докритической толщины с последующей стимулирующей поверхностной диффузией, обеспечивающей нуклеацию и рост квантовых точек в углублениях.
