多硅原子量子点和包含其的设备的制作方法

本发明一般涉及在另外的h封端的硅表面(otherwise h-terminated siliconsurface)上形成量子点的多个悬空键(dangling bonds)(dbs)，特别是基于在这样的量子点上调节db的占据状态(occupation state)的设备。

背景技术：

1、使用扫描探针显微镜技术，通常可以实现原子尺度的化学反应的诱导和可视化。在所谓的机械化学框架中，(1)已经使用ncafm研究了机械力诱导反应。(2)最近的工作报道了力诱导的原子尺度转换，(3)定量力测量以诱导单个原子(4)和分子的扩散，(5)以及研究分子构象异构体(6)和互变异构化。(7)其他研究表明机械诱导单原子垂直操作的例子。(8、9)然而，使用nc-afm直接观察两个不同原子的机械诱导的共价键合仍然很少。(10)

2、最近，技术上相关的h-si(100)表面上的硅悬空键(db)被建立为用于超越cmos技术的非常有前途的构建块。(11、12)db对应于来自另外的钝化的硅表面的解吸的单个氢原子。它近似于一个sp3杂化轨道，可以被2个、1个或0个电子占据，分别产生负、中性或带正电的db。因此，db基本上表现为单个原子量子点，在stm实验中报告了电荷状态转变。(13、14)由于在氢终止过程期间(hydrogen termination procedure)或使用stm尖端(tip)人工产生的缺陷，dbs可以在表面上原生地发现。不同的工作已经表明，在h-si表面上受控的逐原子光刻(atom-by-atom)，即氢解吸，允许为下一代最终小型化的低功率纳米电子器件创建基于db的电路。(11、12、15～17)

3、尽管已经广泛研究了stm尖端诱导的h-si(100)表面的氢解吸，(16、18～23)选择性吸附单个氢原子以钝化硅db的逆向操作仍然有待探讨。在这种情况下，afm可以通过识别不同的尖端动力学(24、25)和探测原子尺度的化学反应性来带来更多的见解。(26、27)

4、eigler等人可控制地将原子移动到表面上以实现其设计的结构，原子尺度计算的前景首先成为可能(1)。在随后的工作中，同一个实验室制作了分子级联，其中，与倒下的多米诺骨牌类似，末端分子倾向于倾斜于邻近的分子，该分子向下一个分子倾斜，依此类推(2)。级联的独立分支被巧妙地定时，以实现二进制逻辑功能的方式聚集在一起。随着这些结果，一个新时代开始了。但是，仍然存在妨碍实际应用的挑战，这些限制很难克服。其中一些挑战是；1)需要使图案化的原子在理想的室温下在实际操作温度下具有鲁棒性。最初的原子图案(atomic patterns)非常精细地束缚，并且不会在约－250℃以上持续存在(1、2)。通常，足够鲁棒性以承受相对高的操作温度的结构的原子制造更难以制造。这是因为需要来自扫描探针的较大能量输入来去除和移动强结合原子，并且在这种条件下，探针内的共价键本身以与靶键相当的概率破坏(3)。2)图案化的原子需要与衬底电性不同，以便能够实现不被衬底短路或改变的传导通路。因此，对金属(4、5)进行的研究是最常见的选择，因此在这方面受到限制。在金属原子和通过盐层从金属基质分离的分子的研究中已经实现了分离，但是这些在层厚度的均匀性和对衬底的自发电荷损失的问题上存在限制(6、7)。

5、3)原子电路不得要求机械或其他复位过程(类似于将所有多米诺骨牌放回原位)，以防止电路可立即重复使用。

技术实现思路

1、提供了一种多原子硅量子点，其包括在另外的h－封端的硅表面上的多个悬空键，每个悬空键具有+1、0或－1的三种电离状态中的一种并且分别对应于处于悬空键状态的0、1或2个电子。悬空键紧密靠近在一起并且在硅带隙中能量上具有悬空键状态，选择性地控制一个悬空键的电离状态。通过在多个悬空键中包括至少一个输入和至少一个输出来提供一类新的电子元件。还详细说明了选择性修改或创建悬空键。

技术特征：

1.一种多原子硅量子点，处于真空封装中，包括：

2.根据权利要求1所述的点，其特征在于，所述多个悬空键为三个悬空键。

3.根据权利要求1所述的点，其特征在于，所述多个悬空键为四个悬空键。

4.根据权利要求1所述的点，其特征在于，所述多个悬空键为五个悬空键。

5.根据权利要求1所述的点，其特征在于，所述多个悬空键为六至十个悬空键。

6.根据权利要求1所述的点，其特征在于，所述多个悬空键为多于十个悬空键。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的点，其特征在于，所述第一多个悬空键为线性的。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的点，其特征在于，所述第一多个悬空键位于相邻的h－封端硅原子上。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的点，其特征在于，在所述第一多个悬空键之间存在至少一个h－封端的硅原子中间物。

10.根据权利要求1所述的点，还包括在另外的h－封端的硅表面上的第二多个悬空键，每个所述悬空键具有+1、0或－1的三种电离状态中的一种并且分别对应处于悬空键状态的0、1或2个电子，所述第二多个悬空键紧密靠近在一起，在硅带隙中能量上具有悬空键状态，并且选择性地控制所述第二多个悬空键之一的电离状态。

11.根据权利要求10所述的点，其特征在于，所述第二多个悬空键包括2至10,000个悬空键。

12.根据权利要求10所述的点，其特征在于，所述第二多个悬空键平行于所述第一多个悬空键定位。

13.根据权利要求10所述的点，其特征在于，所述第二多个悬空键垂直于所述第一多个悬空键定位。

14.根据权利要求10所述的点，其特征在于，所述第二多个悬空键与所述第一多个悬空键成120°角定位。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的点，其特征在于，所述硅表面为si(111)、si(110)或si(100)中的一种。

16.根据权利要求10至14中任一项所述的点，其特征在于，所述第一多个悬空键和所述第二多个悬空键在所述硅表面上形成v形。

17.根据权利要求10至14中任一项所述的点，还包括第三多个悬空键，其中所述第一、第二和第三多个悬空键在所述硅表面上形成三角形或y形。

18.根据权利要求10至14中任一项所述的点，还包括第三多个悬空键和第四多个悬空键，其中所述第一、第二、第三和第四多个悬空键在所述硅表面上形成正方形或矩形。

19.根据权利要求10至14中任一项所述的点，还包括输入和输出。

20.根据权利要求10所述的点，还包括afm尖端，作为输入和第三多个悬空键，其中所述第一、第二和第三多个悬空键在所述硅表面上形成y形。

21.根据权利要求20所述的点，其特征在于，所述amf尖端选择性地添加或减去电子或氢原子。

22.根据权利要求20所述的点，其特征在于，所述输入和输出形成门。

23.根据权利要求22所述的点，其特征在于，所述门为或门。

24.根据权利要求10至14中任一项所述的点，还包括位于所述点的末端的静电偏压，以允许所述点返回到平衡状态。

25.根据权利要求10至14中任一项所述的点，其特征在于，所述点能够以每<10－13秒的量级执行时钟功能。

26.根据权利要求1至6中任一项所述的点，其特征在于，调整所述点的掺杂水平，使得所述点具有中性电荷。

27.根据权利要求1至6中任一项所述的点，其特征在于，所述点被封装。

28.根据权利要求1至6中任一项所述的点，其特征在于，所述多个悬空键被h原子封端的硅原子包围。

29.根据权利要求1至6中任一项所述的点，其特征在于，所述多个悬空键形成线，所述线在第一端处具有扰动，所述第一端连通至所述第一端的相对端。

30.一种电子设备，包括：

技术总结提供一种多原子硅量子点，其在另外的H封端硅表面上包括多个悬空键，每个悬空键具有+1、0或－1的三种电离状态中的一种并且分别对应于悬空键状态下的0、1或2个电子。悬空键紧密靠近在一起并且在硅带隙中能量上具有悬空键状态，并且选择性地控制一个悬空键的电离状态。通过在多个悬空键中包括至少一个输入和至少一个输出来提供一类新的电子元件。还详细说明了选择性修改或创建悬空键。技术研发人员：罗伯特·A·伍尔科夫,罗山·阿盖,塔利亚纳·哈夫,哈特姆·拉比迪,卢西恩·利瓦达鲁,保罗·皮瓦,穆罕默德·拉希迪受保护的技术使用者：昆腾硅公司技术研发日：技术公布日：2024/2/1