完美量子點的生長及研究

《完美量子點的生長及研究》是依託蘇州大學，由彭長四擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：完美量子點的生長及研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：彭長四
• 依託單位：蘇州大學

項目摘要

直接雷射干涉納米結構化技術是無掩模、可直接刻寫、高效率、無接觸、大面積、低成本和環境要求低的創新技術。項目負責人彭長四等人在歐盟FP6 DELILA項目資助下，取得了＜10納米的突破性成果，這是截至目前世界上大面積上最小光刻尺寸。.傳統量子點的製備有兩種技術：自組織外延生長和襯底光刻後再外延生長。自組織外延生長的優點是可以做到無缺陷，缺點是尺寸和空間分布非常隨機和不均勻、不可重複，而襯底光刻後再外延生長與自組織外延生長的優缺點互換。這些特點對分離的兩種技術是原理性的，幾乎不能通過技術的進步來克服，由於這些缺點，量子點理論上巨大的優勢不能發揮。.本項目的研究內容，就是把自組織外延生長和襯底納米結構化這兩種技術原位結合起來，克服所有缺點，吸取所有優點，能生長無缺陷、尺寸均勻和空間周期分布的、可重複生長的量子點。研究的成功將是半導體電子行業的里程碑。

結題摘要

直接雷射干涉納米結構化（DLINP）技術是無掩模、可直接刻寫、高效率、可控、無沾污、無接觸、大面積、低成本和環境要求低的創新技術。 在量子點中，載流子在三個維度上都受到勢壘約束而不能自由運動。控制量子點的幾何形狀和尺寸可改變其電子態結構，實現量子點器件的電學和光學性質的“剪裁”，是目前“能帶工程”設計的一個重要組成部分，也是國際研究的前沿熱點領域。傳統量子點的製備有兩種技術：光滑表面自組織外延生長和襯底光刻圖形化後再外延生長。前者：異於襯底晶格常數外延生長過程中會產生晶格失配應力，應力積累到閾值就會形成量子點。應力小於臨界值時，量子點無缺陷。然而，其形成時間、位置、速度和大小完全是隨機的。後者：可以得到位置和大小可控的量子點。然而，襯底在圖形化處理中充滿了缺陷。上述前者與後者的優缺點互換。這些特點對分離的兩種技術是本證的，幾乎不能通過技術的進步來克服。這是目前外延量子點大規模套用不可逾越的瓶頸。 本項目通過將DLINP技術原位嫁接到分子束外延（MBE）上（DLINP+MBE），通過控制雷射器的功率，在襯底上產生周期性應力分布並控制在產生缺陷的閾值以下，這樣，在生長過程中能人為地、大小均勻和空間上周期性地，生長無缺陷的量子點。 本項目主要研究內容包括： 研究DLINP+MBE技術，包括光路的組建、各相干雷射光束進入MBE生長室、各相干雷射光束投射到襯底同一位置以及雷射束斑的位置監控、MBE生長室在襯底和MBE 爐源溫度升降過程對光路的影響。根據常規襯底的晶格方向，設計各相干雷射光束進入MBE 生長室的數量、位置、角度、相位和偏振方向。 研究各種形狀和分布的量子點。研究不同的相干圖案、晶格方向與量子點的形狀、大小和分布的關係。 研究量子點的形成和尺寸大小與生長速率、溫度、各源束流大小比例等關係，以及雷射光強對溫度分布場的溫差與量子點的形成的關係。 重要結果及其科學意義： 設計、製備了國際上首個DLINP+MBE系統，成功地將四束相干雷射導入MBE生長室，並在襯底成功實現相干圖樣； 成功生長長程有序量子點，包括四光束和雙光束干涉圖樣分布，成功檢測到長程有序量子點光螢光（PL）。 實驗證明，雷射干涉圖樣誘導長程有序量子點的生長是可行的。該研究將可能打破外延量子點大規模套用的瓶頸，具有非常重要的科學和套用意義。