鍺量子點元件之研製與物理分析---總計畫(I); Ge Quantum-Dot Devices---Fabrication and Physics(I)

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Title:	鍺量子點元件之研製與物理分析---總計畫(I);Ge Quantum-Dot Devices---Fabrication and Physics(I)
Authors:	洪志旺;郭明庭;李佩雯
Contributors:	電機工程系
Keywords:	鍺;量子點;單電子/電洞電晶體;PIN 光偵測器與發光/雷射二極體;材料科技;物理類
Date:	2005-07-01
Issue Date:	2010-11-30 17:02:23 (UTC+8)
Publisher:	行政院國家科學委員會
Abstract:	本計畫擬以選擇性氧化矽/鍺技術來形成鍺奈米量子點，進而製作室溫鍺單電子/電洞電晶體與鍺量子點紅外線光偵測器及發光/雷射二極體；探討鍺量子點基礎物理與設計元件結構及製程最佳化，以實現室溫單電子/電洞電晶體及相關的奈米量子點光電元件。隨著CMOS 製程技術進入奈米時代，矽基材的量子點光電元件的研究已不再侷限於理論模擬與計算。近年來歐美日等研究機構相繼投入量子資訊技術的研發，其中最重要的關鍵元件即是以量子點為基礎的單光子發射器、偵測器與單電子電晶體。而如何可以利用目前純熟又低成本的矽製程技術來實現量子點光電元件更是對於未來的量子解碼與量子電腦的發展有非常重要與深遠的影響。以目前矽製程技術來製作直徑小於10nm 的量子點大多以top-down 的電子束微影與特殊蝕刻方式為之，但是卻受限於高成本、精確度與再現性的問題而無法實際大量生產。如能發展出低成本且穩定度高的bottom-up 製程方式來製作奈米量子點，那麼對於單光子與單電子光電元件的發展與應用將有突破性的演變與革新。相較於矽量子點，鍺量子點因有較小的能隙與較輕的載子等效質量，因此可提供較佳的載子侷限與較大的分立能階。而且鍺在長波長範圍的吸收係數及量子效應的表現亦恰好適合於光纖通訊系統中光偵測器與光發射器的用途。這些特性對於提昇單光子與單電子光電元件的特性及訊號/雜訊比而言亦是非常重要的。在本計畫中，我們擬利用選擇性氧化矽鍺的方式將鍺原子自氧化物中釋放出來並埋藏於氧化物與矽鍺介面的特性，來製造奈米尺寸大小的鍺量子點。如此所形成的鍺量子點之尺寸大小並非由電子束微影技術所決定，而是取決於鍺原子的釋放與彼此間的聚集，因此可突破目前一般單光子與單電子電晶體製作技術中微影與蝕刻技術的瓶頸。最重要的是這種製程方法完全與目前的CMOS 元件的製程技術相容且與未來的ULSI 積體電路發展的導向是相符合的。在此，我們提出三年期計畫，研究鍺量子點光電元件與單電子/電洞電晶體的製作及物理特性，主要研究目標為:(I)製作室溫單電子/電洞電晶體與量子反邏輯閘 (II)製作紅外線鍺量子點偵測器與發光/雷射二極體及(III)檢測奈米量子點的電子能/光譜結構與探討零維度系統與元件的物理特性。各個相關子計畫之研究內容與目標規劃如下: 子計畫一: 第一年: 選擇性氧化矽鍺單晶從而發展製作直徑小於5 nm 鍺量子點的最佳化製程條件，並量測建立奈米量子點的電子能/光譜結構。發展奈米圖案與奈米歐姆接觸製程技術以製作單電子/電洞電晶體。第二年: 設計與製作鍺量子點單電子/電洞電晶體。直流/射頻鍺量子點單電子/電洞電晶體電性量測與分析以探討電子/電洞在量子點內的微細運動，例如電子-電子間或電洞-電洞間的交互作用與穿隧機制。第三年: 設計與整合積體化單電子電晶體與單電洞電晶體來實現量子反邏輯閘。子計畫二: 第一年: 研究期間：9308 ~ 9407
Relation:	財團法人國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心
Appears in Collections:	[Department of Electrical Engineering] Research Project

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