專利名稱：：多量子阱器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法。更具體而言，本發(fā)明涉及多量子阱器件，例如，包含兩個或更多個直接且選擇性接觸件的耦合量子阱器件(CQWD)及這種器件的制造方法。
背景技術(shù)：
：例如在A.Palevski，etal."ResistanceResonanceinCoupledPotentialWells",PhysicalReviewLetters,Vol.65，No.15，pg.1929(1990),Y.Katayama，etal."LumpedCircuitModelofTwo-DimensionalTunnelingTransistors,"Appl.Phys.Lett.Vol.62，No.20，pg.2563(1993)，J.A.Simmons,etal."UnipolarComplementaryBistableMemoriesUsingGate-ControlledNegativeDifferentialResistanceina2D-2DQuantumTunnelingTransistor,"InternationalElectronDevicesMeeting,1997，TechnicalDigest,Dec.7-10，1997，pgs.755-758,J.P.Eisenstein,etal."IndependentlyContractedTwo-DimensionalElectronSystemsinDoubleQuantumWells,"Appl.Phys.Lett.Vol.57，No.26，p.2324(1990)，以及I.B.Spielman,etal."ObservationofaLinearlyDispersingCollectiveModeinaQuantumHallFerromagnet，"PhysicalReviewLetters,Vol.87，No.3，(2001)中描述的耦合量子阱器件(CQWD)是可以在極低的電壓(例如，0.1V至0.3V)下操作的隧穿器件，這種器件具有功耗方面的主要優(yōu)點(diǎn)，且人們很有興趣對其進(jìn)行研究以評估它們的潛能。在其最簡單的兩層形式中，CQWD包含被薄勢壘層分開的兩個量子阱層。每個量子阱層包括位于xy平面中的2維電子氣(2DEG)的極薄薄片(sheet)。這兩個2DEG薄片沿著z軸在不同的位置疊置，在它們之間具有窄的隧穿能隙。當(dāng)這些2DEG薄片中的能級簡并(即，它們的量子態(tài)共享相同的量子數(shù))時，它們由于薄片間的隧道效應(yīng)而強(qiáng)耦合。當(dāng)能級不相等時，隧穿耦合下降，且能量差變得與形成單個開關(guān)器件的薄片間矩陣元件可比。至于涉及這種兩層CQWD結(jié)構(gòu)的更多細(xì)節(jié)，參見上述Palevski等人、Katayama等人以及J.A.Simmons等人的文章。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，三層CQWD結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個鎖存器，該鎖存器可以形成邏輯和存儲電路基礎(chǔ)。這例如在Katayama于1997年4月29日提交的名為"StaticMemoryCellWithSpacedApartConductingLayers"的美國專利No.5，625，589和Y.Katayama的"NewComplementaryLogicCircuitsusingCoupledQuantumWells,"IEEENano(2004)中所有描述。局部地使用單粒子態(tài)的量子化的CQWD構(gòu)成了朝向利用量子系統(tǒng)的計(jì)算的初步步驟。而且，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在合適的條件下，在CQWD中在低溫涉及基礎(chǔ)物理(參見，上述I.B.Spielman等人以及Eisenstein等人的文章)，且這是未來研究的另一有前途的領(lǐng)域。然而，在現(xiàn)有技術(shù)CQWD結(jié)構(gòu)中，由于制備各個量子阱的選擇性接觸件的困難，多量子阱層典型地是并聯(lián)的，即，通過相同的一組電極連接，所述電極同時連接所有多量子阱層。量子阱要么并行操作，要么通過使用附加的頂部和底部關(guān)斷電極間接地實(shí)現(xiàn)串行操作。例如，圖1A說明了現(xiàn)有技術(shù)CQWD結(jié)構(gòu)10，該結(jié)構(gòu)10具有被極薄的勢壘層16間隔開的兩個量子阱層12和14。設(shè)置了適當(dāng)?shù)膿诫s以確立每個阱中的2DEG薄片。設(shè)置了標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散接觸件18和20，它們每一個都同時接觸量子阱層12和14。分別在CQWD結(jié)構(gòu)的頂部和底部表面上制造了附加的關(guān)斷電極22和24。向頂部關(guān)斷電極22施加負(fù)偏置電位Vt將導(dǎo)致電極22下方的量子阱區(qū)域內(nèi)的電子的耗盡。對于小的-Vt，耗盡僅發(fā)生在上量子阱層12中的區(qū)域內(nèi)。-Vt的持續(xù)增加可以最終完全耗盡上量子阱層12并開始耗盡下量子阱層14。因此，頂部關(guān)斷偏壓具有一個范圍，在該范圍中，這兩個歐姆接觸件18和20僅經(jīng)由下量子阱層14彼此相連。完全類似地，底部關(guān)斷電極24可以負(fù)偏置達(dá)電壓-Vb,使得位于其上方的下量子阱層14完全耗盡而上量子阱層12并不耗盡。以這種方式，頂部和底部關(guān)斷電極22和24可以被適當(dāng)?shù)仄茫瑥亩峁┻@樣的條件其中，接觸件18和20通過上和下量子阱層12和14中的耗盡區(qū)域而彼此電學(xué)斷開連接，如圖1B所示。當(dāng)上和下量子阱層12和14中的能級簡并時，電子可以通過量子阱層12和14中的未耗盡區(qū)域并憑借隧道效應(yīng)穿過勢壘層16而從接觸件18流向接觸件20，或者相反，如圖1B中的箭頭所示。在圖1A和1B所述的現(xiàn)有才支術(shù)CQWD結(jié)構(gòu)中，接觸件18和20并不選擇性地與單獨(dú)的量子阱層12和14接觸。相反，它們同時接觸兩個量子阱，且必須采用頂部和底部關(guān)斷電極22和24來選擇性地耗盡量子阱層12和14中的區(qū)域，以分別間接地確立接觸件18和20以及量子阱層14和12之間的選擇性電學(xué)連接。現(xiàn)有技術(shù)CQWD的頂部和底部關(guān)斷電極在功能和結(jié)構(gòu)方面都是笨拙的。而且，它們被限制于2層結(jié)構(gòu)，這并不適用于計(jì)算機(jī)應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為諸如CWQD這樣的包含多量子阱的器件結(jié)構(gòu)中的單獨(dú)的量子阱提供直接且選擇性接觸件。在一個方面中，本發(fā)明涉及一種器件結(jié)構(gòu)，該器件結(jié)構(gòu)包含(i)兩個或更多個導(dǎo)電層；(ii)兩個外圍絕緣層；(m)—個或多個中間絕緣層；以及(iv)兩個或更多個導(dǎo)電接觸件。所述兩個或更多個導(dǎo)電層被夾在所述兩個外圍絕緣層之間且通過所述一個或多個中間絕緣層而彼此間隔開。所述導(dǎo)電層形成量子阱，用于將自由電子量子力學(xué)約束在其中，且所述兩個或更多個導(dǎo)電接觸件中的每一個都與所述導(dǎo)電層中的一個直接且選擇性連接。不像圖1A和1B中所示的現(xiàn)有技術(shù)CQWD結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)不包含任何頂部或底部關(guān)斷電極，且因此尤其適于計(jì)算機(jī)電路中的使用。優(yōu)選地，本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)具有第一表面和第二相反表面以及該器件結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)電接觸件，每一個導(dǎo)電接觸件具有位于該器件結(jié)構(gòu)的第一表面而非第二表面上的端子。在這種情況下，可以從器件結(jié)構(gòu)的一側(cè)直接且選擇性訪問(access)嵌入到該器件結(jié)構(gòu)中的量子阱，這進(jìn)一步減少了用于將這種器件結(jié)構(gòu)集成到計(jì)算機(jī)電路中所需的互連數(shù)目且簡化了整體結(jié)構(gòu)。在其最簡單的形式中，本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)可以是兩層結(jié)構(gòu)，該兩層結(jié)構(gòu)包括被一個中間絕緣層間隔開的兩個導(dǎo)電層，具有每一個都與該兩個導(dǎo)電層中的一個直接且選擇性連接的兩個導(dǎo)電接觸件。備選地，本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)可以是三層結(jié)構(gòu)，該三層結(jié)構(gòu)包括被兩個中間層分隔開的三個導(dǎo)電層，具有每一個都與該三個導(dǎo)電層中的一個直接并選擇性地連接的三個導(dǎo)電接觸件。而且，該器件結(jié)構(gòu)可以包括被多個中間絕緣層分隔開的4個、5個、6個或甚至更大數(shù)目的導(dǎo)電層。本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)電層的準(zhǔn)確數(shù)目由其具體應(yīng)用決定。本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)優(yōu)選地包括CQWD，但可選地，它可以包括包含多量子阱層的任何其它量子阱基結(jié)構(gòu)，包括但不限于量子阱激光器、量子阱光電檢測器、量子阱太陽能電池、包含多量子阱的發(fā)光二極管、量子阱微腔諧振器等。更具體而言，該器件結(jié)構(gòu)包含靜態(tài)存儲單元，該靜態(tài)存儲單元可替換地使用耦合量子阱進(jìn)行信息存儲，這將在稍后詳細(xì)地描述。在另一方面中，本發(fā)明涉及通過以下步驟形成上述器件結(jié)構(gòu)的方法提供前體結(jié)構(gòu)，該前體結(jié)構(gòu)包含(i)兩個或更多個導(dǎo)電層；(ii)兩個外圍絕緣層；以及(iii)一個或多個中間絕緣層，其中所述兩個或更多個導(dǎo)電層被夾在所述兩個外圍絕緣層之間且通過所述一個或多個中間絕緣層而彼此間隔開，形成兩個或更多個用于自由電子的量子力學(xué)約束的量子阱；以及在所述前體結(jié)構(gòu)中制作兩個或更多個導(dǎo)電接觸件，其中所述導(dǎo)電接觸件中的每一個都與所述兩個或更多個導(dǎo)電層中的一個直接且選擇性連接，由此形成具有用于量子阱的直接且選擇性接觸件的器件結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，采用包括光刻、離子銑削/反應(yīng)離子蝕刻(RIE)、選擇性濕法蝕刻以及斜角薄膜沉積步驟的組合的工藝來在包含GaAs/GaAlAs基量子阱的前體結(jié)構(gòu)中制作導(dǎo)電接觸件。在另一具體實(shí)施例中，采用包括光刻、離子銑削/RIE以及薄膜再生長步驟的組合的工藝來在包含CdF2/CaF2基量子阱的前體結(jié)構(gòu)中制作導(dǎo)電接觸件。在另一方面中，本發(fā)明涉及一種耦合量子阱結(jié)構(gòu)，該耦合量子阱結(jié)構(gòu)包含(i)兩個或更多個量子阱，該量子阱被設(shè)置和構(gòu)造以用于在簡并能級隧穿耦合；以及(ii)兩個或更多個導(dǎo)電接觸件，每一個都與所述量子阱中的一個直接且選擇性連接。在又一方面中，本發(fā)明涉及一種存儲單元，該存儲單元包括多個絕緣層；被所述絕緣層間隔開的至少第一、第二和第三導(dǎo)電層，其中在所述第一、第二和第三導(dǎo)電層中的每一個中存在自由電子的量子力學(xué)約束；至少第一、第二和第三電極，它們分別與所述第一、第二和第三導(dǎo)電層直接且選擇性接觸；第一電壓施加器，以在第一和第三導(dǎo)電層之間沒有隧穿電流直接流過的方式，通過第一和第三電極在所述第一和第三導(dǎo)電層之間施加預(yù)定電壓；以及第二電壓施加器，以隧穿電流可以在第一和第二導(dǎo)電層之間流過以定義第一存儲狀態(tài)、或者在第二和第三導(dǎo)電層之間流過以定義不同的第二存儲狀態(tài)的方式，通過第二電極向所述第二導(dǎo)電層施加可變電壓。本發(fā)明的其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將從隨后的公開說明和所附權(quán)利要求得到更加完全地體現(xiàn)。現(xiàn)在僅作為示例并參考下面的附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中圖1A和1B示出了示例性現(xiàn)有技術(shù)CQWD結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包含用于量子阱的選擇性耗盡的頂部和底部關(guān)斷電極。圖2A-2I圖解說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，用于制作與兩層CQWD結(jié)構(gòu)的底部量子阱層直接且選擇性連接的導(dǎo)電接觸件的工藝步驟。圖3A-3E圖解說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，用于制作與兩層CQWD結(jié)構(gòu)的頂部量子阱層直接且選擇性連接的導(dǎo)電接觸件的工藝步驟。圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的示例性兩層CQWD結(jié)構(gòu)的截面圖。圖4B示出了圖4A的兩層CQWD結(jié)構(gòu)的頂視圖。圖5示出了如美國專利No.5，625，589中所述的包含三個量子阱層的現(xiàn)有技術(shù)靜態(tài)存儲單元。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的示例性三層結(jié)構(gòu)的截面圖，該示例性三層結(jié)構(gòu)包含三個量子阱層，該三個量子阱層具有到每個量子阱層的直接且選擇性接觸件。圖7A和7B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，具有擴(kuò)大的接觸面積的接觸件配置的示意圖。圖8A-8K圖解說明了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，用于制作與兩層CQWD結(jié)構(gòu)的相應(yīng)頂部和底部量子阱層直接且選擇性連接的導(dǎo)電接觸件的工藝步驟。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的示例性三層結(jié)構(gòu)的截面圖，該示例性三層結(jié)構(gòu)包含三個量子阱層，該三個量子阱層具有到每個量子阱層的直接且選擇性接觸件。具體實(shí)施例方式通過引用將1997年4月29日授予Katayama的、名為"StaticMemoryCellwithSpacedApartConductingLayers，，的美國專利No.5，625，589的全部內(nèi)容而合并于此以用于所有目的。在此使用的短語"直接且選擇性接觸"、"直接且選擇性接觸件"、"直接且選擇性接觸的"或"被直接且選擇性接觸的，，表示一種電極或電導(dǎo)體，它與特定的導(dǎo)電層直接物理接觸，而與任何其它導(dǎo)電層或其任何部分完全隔離，且不以任何方式接觸任何其它導(dǎo)電層或其任何部分，或不以任何方式具有與任何其它導(dǎo)電層或其任何部分的任何物理接觸。在此使用的術(shù)語"基本上對齊，，表示兩層或兩個表面沿著特定方向?qū)R，且沿著該特定方向具有小于士30A的偏移。該器件結(jié)構(gòu)包含兩個或更多個導(dǎo)電層，該兩個或更多個導(dǎo)電層被夾在兩個外圍絕緣層之間，且通過一個或多個中間絕緣層彼此間隔開。每個導(dǎo)電層形成量子阱，即，它與其相鄰的絕緣層聯(lián)合布置和構(gòu)建，用于在一個維度中量子力學(xué)約束自由電子，迫使它們占據(jù)導(dǎo)電層內(nèi)或附近的平面區(qū)域。該區(qū)域的寬度是電子的德布羅意波長的量級，導(dǎo)致量子化的子帶。通過使用施主雜質(zhì)摻雜相鄰的絕緣層，可以形成2DEG。在此使用的術(shù)語"導(dǎo)電，，和"絕緣"具有相對的意義，即，絕緣層或絕緣材料的特征在于具有比導(dǎo)電層或?qū)щ姴牧系膸秾挼膸?。因此，在本發(fā)明中，如果與較寬帶隙的材料層相鄰，通常被認(rèn)為是半導(dǎo)體的材料在這里稱為導(dǎo)電層或?qū)щ姴牧?，或者如果它與較窄帶隙的材料層相鄰，則稱為絕緣層或絕緣材料。導(dǎo)電層和絕緣層可以包括任何合適的材料，諸如IV族半導(dǎo)體(包括但不限于Si、Ge、C、SiGe、等)、III-V族、II-VI族和IV-V族化合物半導(dǎo)體(包括但不限于GaAs、GaAlAs、GaAlAsSb、GaAsSb、GaAlPSb、GaAlSb、GaAlInSb、GaSb、InAs、InAlAs、InGaAs、InGaP、InP、InAsP、InAlAsSb、InAlSb、InAsSb、InSb、AlAs、AlAsSb、AlSb、TlInP、TlInGaP、TlInGaAs、AflnAs、AflnAsSb、GaN、AlGaN以及InGaN、InGaAlN、InN、A1N、CdS、CdTe、CdHgTe、ZnS、ZnSe、ZnSSe、PbSe、PbTe、PbSSe等)以及氟化物(包括但不限于CdF2和CaF2)。導(dǎo)電/絕緣層優(yōu)選地包括選自III-V族化合物半導(dǎo)體家族的材料，III-V族化合物半導(dǎo)體家族包括GaAs/AlGaAs、GaAs/GalnP、GaAs/AlAs、GalnAs/AlGaAs(AlAs、GalnP)、InAsP函nAs、InAsP/AlGaAsSb、GalnAs/AlInAs(AlAsSb、AlInAsSb、AlGaAsSb、InP)、TlInP(TlGalnP、TlGalnAs)/AlInAs(AlAsSb、AlInAsSb、AlGaAsSb、InP、AlGaPSb)、GaAsSb/InP(AlInAs、AlAsSb、AilnAsSb、AlGaAsSb、AlGaPSb)、InAs/AlGaAsSb(AlSb、AlAsSb、AlGaSb)、GaSb/AlGaAsSb(AlSb、AlAsSb、AlGaSb)、InAsSb/AlGalnSb、InSb/AlInSb、GaN/AlGaN(AIN)以及GalnN/AlGaN(AIN)。注意，這里在正斜杠之前標(biāo)識用于形成導(dǎo)電層的材料，而這里在正斜杠之后標(biāo)識用于形成絕緣層的材料。更優(yōu)選地，本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)包括GaAs基導(dǎo)電層和GaAlAs基絕緣層。最近的研究表明諸如CdF2和CaF2之類的氟化物是制作CdF2/CaF2基量子阱以及Si襯底上的勢壘結(jié)構(gòu)的有前途的材料，例如，這在M.Watanabe，etal""CaF2/CdF2Double-BarrierResonantTunnelingDiodewithHighRoom-TemperaturePeak-to-ValleyRatio,"JapaneseJournalofAppl.Phys.，Vol.39，Part2，No.7B，716(2000)中有所描述。因此，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供包含被CaF2基絕緣層隔離開的多個CdF2基導(dǎo)電層的器件結(jié)構(gòu)。該器件結(jié)構(gòu)由合適的襯底支撐，所述合適的襯底可以包括諸如Si、GaAs、InP、GaN、AIN、SiC和藍(lán)寶石之類的襯底材料。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，襯底包含用于支撐GaAs/GaAlAs基量子阱結(jié)構(gòu)的半絕緣GaAs。在備選實(shí)施例中，襯底包含用于支撐CdF2/CaF2基量子阱結(jié)構(gòu)的Si。典型地，導(dǎo)電層和外圍絕緣層具有約5A至約500A的平均厚度，且中間絕緣層具有約5A至約200A的平均厚度。然而，注意，對于GaAs/GaAlAs基結(jié)構(gòu)和CdF2/CaF2基結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電層和絕緣層的厚度可明顯不同。例如，在GaAs/GaAlAs基結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)電層優(yōu)選地特征在于約30A至約300A的平均厚度，更優(yōu)選地約140A的平均厚度。兩個外圍絕緣層優(yōu)選地特征在于約100A至約500A的平均厚度，更優(yōu)選地約250A的平均厚度。而且，外圍絕緣層其中每一個都優(yōu)選地包含用于形成2DEF薄片的摻雜劑薄層。中間絕緣層優(yōu)選地特征在于約20A至約IOOA的平均厚度，更優(yōu)選地約40A的平均厚度。例如，在CdF2/CaF2基結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)電層優(yōu)選地特征在于IOA至80A的平均厚度，更優(yōu)選地約40A的平均厚度。兩個外圍絕緣層優(yōu)選地特征在于IOOA至500A的平均厚度，更優(yōu)選地約250A的平均厚度。中間絕緣層優(yōu)選地特征在于約5A至約20A的平均厚度，更優(yōu)選地約9A的平均厚度。該器件結(jié)構(gòu)包含與各個導(dǎo)電層的直接且選擇性接觸件。這種接觸件可以包括任何合適的導(dǎo)電材料，包括但不限于Cu、Al、Au、Ag、Pt、Ni、Ti、Zn、Pd及其合金。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，這種接觸件包括用于n型GaAs導(dǎo)電層的GeAuNi合金。與導(dǎo)電層(即量子阱)的直接且選擇性接觸件將提供對于每個單獨(dú)的導(dǎo)電層的選擇性電學(xué)訪問，而不破壞其波函數(shù)。本實(shí)施例采用了光刻、離子銑肖'J/反應(yīng)離子蝕刻(RIE)、選擇性濕法蝕刻以及斜角薄膜沉積工藝的步驟的組合，用于在包含GaAs/GaAlAs基量子阱或類似類型的量子阱結(jié)構(gòu)的前體結(jié)構(gòu)中制備導(dǎo)電接觸件。圖2A示出了由襯底支撐的示例性前體結(jié)構(gòu)。該前體結(jié)構(gòu)包含頂部導(dǎo)電層32和底部導(dǎo)電層34,它們被夾在兩個外圍絕緣層30之間或在側(cè)面與其相接(flank)。該頂部和底部導(dǎo)電層32和34形成了兩個用于自由電子的量子力學(xué)約束的量子阱。中間絕緣層36形成頂部和底部導(dǎo)電層32和34之間的隧穿勢壘。隧穿勢壘36足夠薄以在頂部和底部導(dǎo)電層32和34中的能級簡并時允許電子憑借隧道效應(yīng)從其流過。而且，如虛線38和39所示，這兩個外圍絕緣層30都包含摻雜劑層。在優(yōu)選實(shí)施例中，頂部和底部導(dǎo)電層32和34都包含GaAs材料且都具有約140A的厚度。兩個外圍絕緣層30都具有約1750A的厚度且中間絕緣層36具有約40A的厚度。外圍和中間絕緣層30和36都包含GaxAlyAs,其中0<x，y<l，且更優(yōu)選地x約為0.7且y約為0.3。外圍絕緣層30中的摻雜劑層38和39分別與相鄰的導(dǎo)電層34和32間隔開約250A的距離，且更優(yōu)選地，摻雜劑層都具有約7xl()U/cm2的硅摻雜劑濃度。支撐這種GaAs/GaAlAs基前體結(jié)構(gòu)的襯底優(yōu)選地包含半絕緣GaAs。在一個備選實(shí)施例中，GaAs導(dǎo)電層的厚度約為80A，且厚度約12A的附加AlAs層被添加在GaAs導(dǎo)電層的上方和下方，因而使得量子約束明顯增強(qiáng)，這是因?yàn)閺幕鶓B(tài)到第一激發(fā)態(tài)的能級間隔增加了3倍以上。制作工藝從對前體結(jié)構(gòu)的選擇性蝕刻開始，通過去除上外圍絕緣層30、頂部導(dǎo)電層32以及中間外圍絕緣層36的一部分，在前體結(jié)構(gòu)中形成凹坑A。如圖2B所示，凹坑A的底部暴露了底部導(dǎo)電層34的上表面，且凹坑A的側(cè)壁暴露了頂部導(dǎo)電層32和中間外圍絕緣層36。優(yōu)選地但不是必須地，凹坑A具有約500A至約IOOOA的寬度。通過以下步驟可以容易地實(shí)施所述選擇性蝕刻(l)在前體結(jié)構(gòu)的預(yù)定區(qū)域上形成圖形化掩模層以保護(hù)該區(qū)域免于后續(xù)蝕刻，同時留下要形成凹坑A的區(qū)域不被保護(hù)，以及(2)使用諸如離子銑削或反應(yīng)離外圍絕緣層30、頂部導(dǎo)電層32以及中間外圍絕緣層36的一部分，由此形成凹〗亢A?？梢酝ㄟ^合適的光刻技術(shù)形成所述圖形化掩模層。具體而言，在前體結(jié)構(gòu)的上表面上沉積光致抗蝕劑層。然后，以下述方式在該光致抗蝕劑層上沖擊圖形化的電子束要形成凹坑A的區(qū)域中的光致抗蝕劑層的部分被暴露于圖形化的電子束且變成可溶解或可蝕刻，而光致抗蝕劑層的剩余部分不變得可溶解和可蝕刻。通過使用合適的溶劑或蝕刻劑去除光致抗蝕劑材料的可溶解或可蝕刻的部分，要形成凹坑A的前體結(jié)構(gòu)的區(qū)域變得暴露以用于后續(xù)蝕刻。在形成凹坑A之后，可以利用常規(guī)的抗蝕劑剝離工藝從前體結(jié)構(gòu)去除圖形化的掩模層。上述干法蝕刻步驟優(yōu)選地與殘余氣體分析儀(RGA)相耦合。RGA分析干法蝕刻工藝過程中的蝕刻的材料。因此，當(dāng)?shù)竭_(dá)中間絕緣層36的蝕刻終點(diǎn)時，產(chǎn)生RGA信號中的突變，這可以與經(jīng)驗(yàn)判定蝕刻時間相結(jié)合地使用，以用于蝕刻工藝的精確控制，所述經(jīng)驗(yàn)判定蝕刻時間是用于蝕刻穿透上外圍絕緣層30、頂部導(dǎo)電層32和中間外圍絕緣層36所需的時間。盡管上面將離子銑削和RIE標(biāo)識為優(yōu)選技術(shù)，不受限制地，可以通過諸如等離子體蝕刻或激光蝕刻之類的任何其它干法蝕刻技術(shù)，或通過其中釆用化學(xué)蝕刻劑的濕法蝕刻工藝，或其任何組合，實(shí)施該選擇性蝕刻工藝。可以使用單個蝕刻工藝或多個蝕刻步驟實(shí)現(xiàn)這種選擇性蝕刻。離子銑削或RIE可能在導(dǎo)電層上產(chǎn)生無序的蝕刻表面。因此，相繼實(shí)施兩步選擇性蝕刻處理。具體而言，使用第一蝕刻溶液首先從導(dǎo)電層32和34選擇性去除原子無序的蝕刻表面，暴露底部外圍絕緣層30的上表面并在原子有序?qū)щ妼?2和34中形成凹進(jìn)部分(見圖2C)。接下來，使用第二蝕刻溶液來選擇性蝕刻中間絕緣36,由此去除通過中間絕緣36的未被蝕刻的邊緣形成的突出部分或陸架35(見圖2C)。結(jié)果，凹坑A被擴(kuò)展且現(xiàn)在包含較窄的上部和較寬的下部，該較窄的上部和較寬的下部被它們之間的突出邊緣33分離，如圖2D所示。優(yōu)選地，當(dāng)導(dǎo)電層包含GaAs且中間絕緣層包含GaAlAs時，第一蝕刻溶液包括選擇性地蝕刻GaAs的緩沖氧化蝕刻劑(BOE)，且第二蝕刻溶液包括選擇性蝕刻GaAlAs的卣化氫。取決于形成導(dǎo)電層和絕緣層的具體材料，本領(lǐng)域中公知的其它蝕刻溶液也可用于導(dǎo)電層和絕緣層的選擇性蝕刻。在形成擴(kuò)展凹坑A之后，在凹坑A中的底部外圍絕緣層30上沉積接觸材料42的薄層。在本發(fā)明的實(shí)踐中可以采用任何合適的導(dǎo)電材料，包括但不限于Cu、Al、Au、Ag、Pt、Ni、Ti、Zn、Pd及其合金。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，GeAuNi合金用作GaAs/GaAlAs基前體結(jié)構(gòu)的接觸材料。在優(yōu)選實(shí)施例中，通過使用斜角薄膜沉積技術(shù)形成接觸材料層42，在所述斜角薄膜沉積技術(shù)中，用成角度傾斜的準(zhǔn)直沉積束或通量來在凹坑A中沉積接觸材料。較窄的上部和較寬的下部之間的突出邊緣33限制成角度傾斜沉積束到達(dá)底部導(dǎo)電層34的上表面以下的水平高度(level)，由此提供了用于防止接觸材料的過度沉積的有效沉積停止件。如圖2E-2G所示，可以通過使用左上到右下沉積40A、右上到左下沉積束40B以及垂直沉積束40C來沉積完整的接觸材料層42。注意，接觸材料層42并不必須在各處都具有完全均勻的厚度，該層的某些區(qū)域可以明顯比其它區(qū)域厚。只要接觸材料層42和底部導(dǎo)電層34的邊緣基本上對齊，就能在這兩層之間確立良好的接觸。在GaAs/GaAlAs實(shí)施例中，接觸材料層42的平均厚度約為50A至150A。優(yōu)選地但不是必須地，接觸材料層42具有基本上等于底部導(dǎo)電層34的厚度的平均厚度，使得接觸層42可以基本上與底部導(dǎo)電層34對齊，如圖2G所示。在沉積接觸材料層42之后，凹坑A被填充以諸如Si02之類的電介質(zhì)材料以形成將接觸材料層42與頂部導(dǎo)電層32隔離的電介質(zhì)填充物44，如圖2H所示。接下來，通過使用光刻和離子銑削/RIE技術(shù)或用于形成凹坑A的上述其它選擇性蝕刻技術(shù)，選擇性地蝕刻電介質(zhì)填充物44，以在電介質(zhì)填充物44中形成隔離通孔并暴露導(dǎo)電材料層42的上表面。然后，隔離通孔被填充以類似于用于形成接觸材料層42的接觸材料的接觸材料，由此形成具有延伸的底部部分42的T型導(dǎo)電接觸件46，如圖2I所示。接觸件46與底部導(dǎo)電層34直接連接，但是通過電介質(zhì)填充物44與頂部導(dǎo)電層32隔離。因此，接觸件46構(gòu)成了到底部導(dǎo)電層34的直接且選擇性接觸件。通過使用如上所述的類似技術(shù)，可以制作到頂部導(dǎo)電層32的直接且選擇性接觸件。具體而言，可以在包含頂部導(dǎo)電層52和底部導(dǎo)電層54的前體結(jié)構(gòu)中形成類似于圖2D中的延伸的凹坑A的延伸的凹坑B，其中所述頂部導(dǎo)電層52和底部導(dǎo)電層54被夾在兩個外圍絕緣層50之間或者從側(cè)面與其相接。頂部和底部導(dǎo)電層52和54形成用于自由電子的量子力學(xué)約束的兩個電子阱，它們通過薄的中間絕緣層56而彼此分隔開。延伸的凹坑B具體而言包含較窄的上部和較寬的下部，其間具有突出邊緣53，如圖3A所示。在凹坑B的底部外圍絕緣層50上沉積諸如Si02之類的電介質(zhì)材料的厚層。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，使用如上所述的斜角薄膜沉積技術(shù)形成該電介質(zhì)材料層。具體而言，凹坑B的較窄的上部和較寬的下部之間的突出邊緣53限制成角度傾斜準(zhǔn)直沉積束到達(dá)頂部導(dǎo)電層52的下表面以下的水平高度，由此提供了用于防止接觸材料的過度沉積的有效沉積停止件。如圖3B-3D所示，通過使用左上到右下沉積60A、右上到左下沉積束60B以及垂直沉積束60C可以沉積完整的接觸材料層62。注意，電介質(zhì)材料層62并不必須在各處都具有完全均勻的厚度，且該層的某些區(qū)域可以明顯比其它區(qū)域厚。只要電介質(zhì)材料層62的邊緣與頂部導(dǎo)電層52的下表面基本上對齊，就能確立與頂部導(dǎo)電層52的良好的電學(xué)隔離。在GaAs/GaAlAs實(shí)施例中，電介質(zhì)材料層62的平均厚度約為60A至300A，更優(yōu)選地約為150A。優(yōu)選地但不是必須地，接觸材料層42具有基本上類似于底部導(dǎo)電層54和中間絕緣層56的總厚度的平均厚度，使得電介質(zhì)材料層62可以基本上與底部導(dǎo)電層54和中間絕緣層56對齊，如圖3D所示。接下來，使用濕法蝕刻溶液來選擇性地去除頂部外圍絕緣層50的一部分以擴(kuò)展被擴(kuò)展的凹坑B的較窄的上部，并形成具有基本上直的側(cè)壁而沒有任何突出邊緣的進(jìn)一步擴(kuò)展的凹坑，如圖3E所示。在GaAs/GaAlAs基系統(tǒng)中，濕法蝕刻溶液優(yōu)選地包含氟化氫，它選擇性地蝕刻GaAlAs而不損害GaAs材料。取決于用于形成導(dǎo)電層和絕緣層所使用的具體材料，本領(lǐng)域中公知的其它蝕刻溶液也可用于頂部外圍絕緣層50的選擇性蝕刻。圖3E中示出的擴(kuò)展的凹坑B然后被填充以如上所述的接觸材料以形成導(dǎo)電接觸件66，如圖3E所示。接觸件66與頂部導(dǎo)電層52直接連接，但是通過電介質(zhì)材料層62與底部導(dǎo)電層54隔離。因此，接觸件66構(gòu)成了頂部導(dǎo)電層52的直接且選擇性接觸。圖4A所示的上部示出了完整的2層器件結(jié)構(gòu)的截面圖，該器件結(jié)構(gòu)包含頂部導(dǎo)電層112和底部導(dǎo)電層114,它們被夾在頂部和底部外圍絕緣層IIO(其中具有薄摻雜劑層118和19)之間，且通過中間絕緣層116彼此間隔開。導(dǎo)電接觸件124和128分別提供了到底部和頂部導(dǎo)電層114和112的直接且選擇性連接。更重要地，接觸件124通過電介質(zhì)填充物122與頂部導(dǎo)電層122隔離，且接觸件128通過電介質(zhì)材料層126與底部導(dǎo)電層114隔離。如圖4A的下部的放大圖所示，當(dāng)頂部和底部導(dǎo)電層112和114的能級簡并時，電子可以通過導(dǎo)電層112和114并且憑借隧道效應(yīng)穿過薄的中間絕緣層116而在接觸件124和128之間流動。而且，如圖4A所示，可以圍繞該2層器件結(jié)構(gòu)形成隔離溝槽130。利用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的工藝步驟，包括例如溝槽限定和蝕刻，可選地使用擴(kuò)散勢壘為溝槽加襯里，并使用諸如氧化物之類的溝槽電介質(zhì)填充溝槽，形成隔離溝槽130。在溝槽填充之后，該結(jié)構(gòu)可以被平整化且可以實(shí)施可選的致密工藝步驟以使溝槽電介質(zhì)致密化。圖4B示出了圖4A的2層器件結(jié)構(gòu)的頂視圖。接觸件124和128之間的矩形區(qū)域140包含頂部導(dǎo)電層112和底部導(dǎo)電層114之間的重疊區(qū)域，因此限定了該2層器件結(jié)構(gòu)的活性(active)區(qū)域。優(yōu)選地，活性區(qū)域140和接觸件124和128約500至2000A長，更優(yōu)選地約1200至1800A長，且最優(yōu)選地約為1500A。活性區(qū)域150的寬度將依賴于負(fù)載匹配。因?yàn)榻佑|件124和128都在2層器件結(jié)構(gòu)的上表面上，可以通過標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)容易地制備用于納米尺度接觸件124和128的共面連接器或端子。更重要地，可以以對現(xiàn)有電路的最小調(diào)整量，將具有共面連接器和端子的器件結(jié)構(gòu)容易地集成到邏輯電路，且尤其適于計(jì)算機(jī)應(yīng)用。上面描述的技術(shù)可以容易地應(yīng)用于制作三層、四層、五層或六層器件結(jié)構(gòu)。例如，美國專利No.5,625，589描述了一種靜態(tài)存儲單元，如圖5所示，該靜態(tài)存儲單元包括三個導(dǎo)電層2a、2b和2c，這三個導(dǎo)電層通過絕緣層1彼此間隔開。這三個導(dǎo)電層中的自由電子被量子力學(xué)約束。在導(dǎo)電層2a和2c之間施加恒定電壓，使得在這兩層之間沒有隧道效應(yīng)。通過位線BL5，經(jīng)用于選擇的晶體管8向?qū)щ妼?b施加可變電壓。該晶體管8由字線WL6控制。當(dāng)導(dǎo)電層2b上的可變電壓被調(diào)整，使得導(dǎo)電層2a和2b中的量子能級相同時，隧穿電流在導(dǎo)電層2a和2b之間流動，且導(dǎo)電層2a和2b之間的電壓差變成零，這代表二進(jìn)制狀態(tài)的"O"。另一方面，當(dāng)導(dǎo)電層2b上的可變電壓被調(diào)整，使得導(dǎo)電層2a和2c之間的量子能級相同時，隧穿電流在導(dǎo)電層2a和2c之間流動，且導(dǎo)電層2a和2c之間的電壓差變成零，這代表二進(jìn)制狀態(tài)的"l"?？梢苑奖愕貞?yīng)用上述原理和技術(shù)以提供美國專利No.5，625，589中描述的三層靜態(tài)存儲單元中的單獨(dú)的導(dǎo)電層的直接且選擇性接觸件。圖6示出了示例性三層器件結(jié)構(gòu)150，該結(jié)構(gòu)優(yōu)選地是如美國專利No.5，625，589描述的靜態(tài)存儲單元。器件結(jié)構(gòu)150包含三層導(dǎo)電層152、154和156，它們被夾在頂部和底部外圍絕緣層151之間或者與之從側(cè)面與其相接，并且通過兩個中間絕緣層158和160而彼此分隔開。第一導(dǎo)電接觸件162直接連接到底部導(dǎo)電層156且通過電介質(zhì)填充物172與其它兩個導(dǎo)電層152和154隔離。第二導(dǎo)電接觸件166直接連接到頂部導(dǎo)電層152且通過電介質(zhì)填充物176與其它兩個導(dǎo)電層154和156隔離。第三導(dǎo)電接觸件164直接連接到中間導(dǎo)電層154且通過電介質(zhì)填充物173和電介質(zhì)材料層174與其它兩個導(dǎo)電層152和156隔離?？梢允褂萌鐖D2A-2I和圖3A-3E所圖解說明的相同工藝步驟制作接觸件162和166?？梢允褂妙愃频墓に嚥襟E制作中間接觸件164。例如，可以通過使用用于形成電介質(zhì)材料層176的相同工藝形成電介質(zhì)材料層174，只不過層174的上層將基本上與中間導(dǎo)電層154的下表面對齊?？梢酝ㄟ^使用用于形成T型導(dǎo)電接觸件162的擴(kuò)展底部的相同工藝形成T型導(dǎo)電接觸件164的擴(kuò)展底部部分，只不過接觸件164的擴(kuò)展底部部分將基本上與中間導(dǎo)電層154對齊。最后，可以通過使用與用于形成電介質(zhì)填充物172和T型導(dǎo)電接觸件162的莖桿(stem)部分相同的工藝，形成電介質(zhì)填充物173和T型導(dǎo)電接觸件164的莖桿部分。因此，接觸件162、164和166分別提供了三層器件結(jié)構(gòu)150中的單獨(dú)的導(dǎo)電層152、154和156的直接且選擇性連接。導(dǎo)電接觸件和相應(yīng)的導(dǎo)電層之間的接觸電阻對于隧穿電流可能具有影響。為了最小化接觸電阻以允許最大隧道效應(yīng)，可以使用各種接觸件配置來增大接觸面積并減小接觸電阻。例如，圖7A示出了啞鈴形接觸件配置，它在導(dǎo)電材料182和接觸件184之間提供了增加的接觸面積；圖7B示出了另一接觸件配置，其中接觸件188覆蓋了導(dǎo)電材料186的多于一個表面?？梢葬娪酶鼜?fù)雜的接觸件配置來進(jìn)一步增力。接觸面積、。如上所述，諸如CdF2和CaF2之類的氟化物是用于形成量子阱結(jié)構(gòu)的有前途的材料。氟化物基的絕緣材料的較高的能量勢壘高度可以幫助在較高溫度下獲得該器件結(jié)構(gòu)的較好的開關(guān)比。本發(fā)明提供了一種工藝，該工藝尤其適于通過使用光刻、選擇性蝕刻和膜再生長技術(shù)，制作用于氟化物基的量子阱器件結(jié)構(gòu)的直接且選擇性接觸件。具體而言，圖8A示出了在襯底200上形成的前體結(jié)構(gòu)，其中該前體結(jié)構(gòu)包括兩個導(dǎo)電層202和204，這兩個導(dǎo)電層202和204被夾在頂部和底部外圍絕緣層208之間，并通過中間絕緣層206彼此隔離。頂部和底部導(dǎo)電層202和204形成用于自由電子的量子力學(xué)約束的兩個量子阱。中間絕緣層206形成了頂部和底部導(dǎo)電層202和204之間的隧穿勢壘，同時隧穿勢壘206足夠薄，以當(dāng)且僅當(dāng)頂部和底部導(dǎo)電層202和204中的能級簡并時允許電子憑借隧道效應(yīng)流過。導(dǎo)電層和絕緣層202、204、206和208優(yōu)選地包括選自CdF2和CaF2的材料。更具體而言，導(dǎo)電層202和204包括CdF2且絕緣層206和208包括CaF2。珪襯底尤其適用于支撐CdF2/CaF2基量子阱結(jié)構(gòu)。如圖8B所示，通過使用與形成圖2B中的凹坑A的上述工藝步驟類似的工藝步驟，在前體結(jié)構(gòu)中形成第一凹坑，即凹坑A。然后在凹坑A中自下而上地實(shí)施用于再生長第一絕緣材料層212、導(dǎo)電材料層214以及第二絕緣材料層216的連續(xù)膜再生長步驟，如圖8C-8E所示。再生長的第一和第二絕緣材料層212和216包含與頂部和底部外圍絕緣層208和中間絕緣層206所包含的絕緣材料類似的絕緣材料。再生長導(dǎo)電材料層214包含與頂部和底部導(dǎo)電層202和204所包含的導(dǎo)電材料類似的導(dǎo)電材料。第一再生長絕緣材料層212的上表面與頂部導(dǎo)電層202的下表面基本上對齊，且再生長導(dǎo)電材料層214的上表面與頂部導(dǎo)電層202的上表面基本上對齊。注意，再生長第一絕緣材料層212不必在各處都具有完全均勻的厚度，且該層的某些區(qū)域可以明顯比其它區(qū)域厚。只要再生長的第一絕緣層212的上表面與頂部導(dǎo)電層202的下表面基本上對齊，就能確立與頂部導(dǎo)電層202的良好的電學(xué)絕緣。類似地，再生長的導(dǎo)電材料層214不必在各處都具有完全均勻的厚度。只要再生長的導(dǎo)電材料層214的上表面與頂部導(dǎo)電層202的上表面基本上對齊，就能確立與頂部導(dǎo)電層202的良好的電學(xué)接觸。在該CdF2/CaF2實(shí)施例中，再生長的第一絕緣材料層212的平均厚度約為200A至600A。優(yōu)選地但不是必須地，再生長的第一絕緣材料層212具有基本上類似于底部外圍絕緣層208加上底部導(dǎo)電層204加上中間絕緣層206的總厚度的平均厚度，如圖8C所示。在該CdF2/CaF2實(shí)施例中，再生長的導(dǎo)電材料層214的平均厚度約為10A至80A，更優(yōu)選地約為40A。優(yōu)選地但不是必須地，再生長的導(dǎo)電材料層214具有基本上類似于頂部導(dǎo)電層202的厚度的平均厚度，如圖8D所示。在凹坑A中完成再生長之后，如圖8F所示，通過使用類似于用于形成凹坑A的上述工藝步驟的工藝步驟，選擇性地蝕刻再生長的第二絕緣材料層216以在層216中形成隔離通孔217。接下來，隔離通孔217被填充以類似于上述材料的接觸材料，由此形成導(dǎo)電接觸件218,如圖8F所示。導(dǎo)電接觸件218直接接觸包含原始部分和再生長部分214的導(dǎo)電層202，且它通過再生長的第一絕緣材料層212與底部導(dǎo)電層204隔離。然后，通過使用類似于用于形成凹坑A的上述工藝步驟的工藝步驟，在前體結(jié)構(gòu)中形成第二凹坑，即凹坑B。優(yōu)選地，如圖8H所示，當(dāng)?shù)撞繉?dǎo)電層204的上表面暴露時，蝕刻停止。備選地，類似于凹坑A，蝕刻可以一直繼續(xù)向下到襯底200中，且在襯底200上再生長與底部導(dǎo)電層204基本上對齊的導(dǎo)電材料層。然后，如圖8I所示，在底部導(dǎo)電層204上方的凹坑B中再生長絕緣材料層222。再生長的絕緣材料層222包含與頂部和底部外圍絕緣層208以及中間絕緣層206所包含的絕緣材料類似的絕緣材料。接下來，如圖8J所示，通過使用與形成隔離通孔217的上述工藝步驟類似的工藝步驟，選擇性地蝕刻再生長的絕緣材料層222,以在其中形成隔離通孔223。接下來，隔離通孔223被填充以類似于上述材料的接觸材料，由此形成第二導(dǎo)電接觸件224,如圖8K所示。第二導(dǎo)電接觸件224直接接觸底部導(dǎo)電層204，且它通過再生長的絕緣材料222與頂部導(dǎo)電層224隔離?？梢苑奖愕貞?yīng)用上述原理和技術(shù)以提供氟化物基三層量子阱器件結(jié)構(gòu)中到單獨(dú)的導(dǎo)電層的直接且選擇性接觸件。圖9示出了示例性三層器件結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包含三個導(dǎo)電層302、304和306，它們被夾在頂部和底部外圍絕緣層312之間或者從側(cè)面與其相接，并且通過兩個中間絕緣層308和310而彼此間隔開。第一導(dǎo)電接觸件328直接連接到包含原始部分和再生長部分324的頂部導(dǎo)電層302。第一導(dǎo)電接觸件328通過再生長的第一絕緣層322和再生長的第二絕緣層326與其它兩個導(dǎo)電層304和306隔離。第二導(dǎo)電接觸件338直接連接到包含原始部分和再生長部分334的中間導(dǎo)電層304。第二導(dǎo)電接觸件338通過再生長第一的絕緣層332和再生長的第二絕緣層336與其它兩個導(dǎo)電層302和306隔離。第三導(dǎo)電接觸件348直接連接到底部導(dǎo)電層306且通過再生長的絕緣層342與其它兩個導(dǎo)電層302和304隔離。可以使用如圖8A-8K所述的相同工藝步驟制作第一和第三接觸件328和348?？梢允褂门c用于第一接觸件328的工藝步驟類似的工藝步驟制作第二接觸件338，只不過再生長的第一絕緣層332的上表面與中間導(dǎo)電層304的下表面對齊且再生長的導(dǎo)電層334的上表面與中間導(dǎo)電層304的上表面對齊。因此，接觸件328、338和348分別提供了圖9中所示的三層器件結(jié)構(gòu)中到單獨(dú)的導(dǎo)電層302、304和306的直接且選擇性連接。盡管僅為了簡單和說明目的，主要針對CWQD結(jié)構(gòu)提供上面的描述，但是根據(jù)這里描述的原理，如本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易判斷的，本發(fā)明不限于CQWD結(jié)構(gòu)，而是可以廣泛地應(yīng)用到各種其它量子阱基結(jié)構(gòu)，諸如量子阱激光器、量子阱光電二極管、量子阱太陽能電池、包含多量子阱的發(fā)光二極管、量子阱微腔諧振器等，具有或不具有修正和變化均可。使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的常規(guī)工藝技術(shù)可以容易地制備如上面列出的其它量子阱基結(jié)構(gòu)，且因此這里沒有提供關(guān)于它們的制作的細(xì)節(jié)。注意，提供本發(fā)明的附圖僅用于說明目的，且并沒有按比例繪制。盡管這里參考了具體實(shí)施例、特征和方面描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到本發(fā)明不限于此，而是延伸其用途到其它修正、變換、應(yīng)用和實(shí)施例，并相應(yīng)地，認(rèn)為所有這些其它修正、變化、應(yīng)用和實(shí)施例被包含在所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種器件結(jié)構(gòu)，包括兩個或更多個導(dǎo)電層；兩個外圍絕緣層；一個或多個中間絕緣層；以及兩個或更多個導(dǎo)電接觸件，其中所述兩個或更多個導(dǎo)電層被夾在所述兩個外圍絕緣層之間且通過所述一個或多個中間絕緣層而彼此間隔開，形成兩個或更多個用于自由電子的量子力學(xué)約束的量子阱，并且所述兩個或更多個導(dǎo)電接觸件中的每一個都與所述導(dǎo)電層中的一個直接且選擇性連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1的器件結(jié)構(gòu)，包括第一表面和與所述第一表面相反的第二表面，其中所述兩個或更多個導(dǎo)電接觸件中的每一個都具有位于所述器件結(jié)構(gòu)的所述第一表面上而非所述第二表面上的端子。3.根據(jù)權(quán)利要求1的器件結(jié)構(gòu)，其中所述兩個或更多個導(dǎo)電層中的每一個的特征都在于厚度范圍為約5A至約500A。4.根據(jù)權(quán)利要求1的器件結(jié)構(gòu)，其中所述一個或多個中間絕緣層中的每一個的特征都在于厚度范圍為約5A至約200A。5.根據(jù)權(quán)利要求l的器件結(jié)構(gòu)，還包括耦合量子阱器件。6.—種用于形成器件結(jié)構(gòu)的方法，包括提供前體結(jié)構(gòu)，該前體結(jié)構(gòu)包括i.兩個或更多個導(dǎo)電層，ii.兩個外圍絕緣層，以及iii.一個或多個中間絕緣層，其中所述兩個或更多個導(dǎo)電層被夾在所述兩個外圍絕緣層之間且通過所述一個或多個中間絕緣層而彼此間隔開，形成兩個或更多個用于自由電子的量子力學(xué)約束的量子阱；以及在所述前體結(jié)構(gòu)中制作兩個或更多個導(dǎo)電接觸件，其中所述導(dǎo)電接觸件中的每一個都與所述兩個或更多個導(dǎo)電層中的一個直接且選擇性連接，由此形成一種器件結(jié)構(gòu)，該器件結(jié)構(gòu)具有用于量子阱的直接且選擇性接觸件。7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述器件結(jié)構(gòu)包括第一表面和與所述第一表面相反的第二表面，其中所述兩個或更多個導(dǎo)電接觸件中的每一個都具有位于所述器件結(jié)構(gòu)的所述第一表面上而非所述第二表面上的端子。8.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述前體結(jié)構(gòu)的所述兩個或更多個導(dǎo)電層中的每一個的特征都在于厚度范圍為約5A至約500A。9.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述前體結(jié)構(gòu)的所述一個或多個中間絕緣層中的每一個的特征都在于厚度范圍為約5A至約200A。10.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述前體結(jié)構(gòu)的所述兩個或更多個導(dǎo)電層中的每一個都包含GaAs，其中所述前體結(jié)構(gòu)的外圍和中間絕緣層中的每一個都包括GaAlAs，且其中通過下述工藝制作直接且選擇性接觸所述前體結(jié)構(gòu)的最下面的導(dǎo)電層的第一導(dǎo)電接觸件，所述工藝包括a.選擇性地蝕刻所述前體結(jié)構(gòu)以形成由底部和多個側(cè)壁限定的第一凹坑，其中所述第一凹坑的底部暴露了最下面的導(dǎo)電層的上表面，并且所述第一凹坑的側(cè)壁暴露了所述前體結(jié)構(gòu)的其它導(dǎo)電層以及所述一個或多個中間絕緣層；b.在所述第一凹坑中選擇性地蝕刻導(dǎo)電層以暴露所述最下面的導(dǎo)電層下方的外圍絕緣層的上表面，并在所述導(dǎo)電層中形成凹進(jìn)部分，其中所述一個或多個中間絕緣層的未被蝕刻的邊緣形成所述第一凹坑的側(cè)壁上的一個或多個突出部分；c.在所述第一凹坑中選擇性地蝕刻所述一個或多個中間絕緣層，從而消除所述第一凹坑的側(cè)壁上的突出部分并且形成具有較窄上部和較寬下部的擴(kuò)展的第一凹坑，該較窄上部和較寬下部被其間的突出邊緣分離；d.通過使用成角度傾斜的準(zhǔn)直束在所述擴(kuò)展的第一凹坑中沉積接觸材料層，其中所述擴(kuò)展的第一凹坑中的較窄上部和較寬下部之間的所述突出邊緣提供了沉積停止件，使得所沉積的接觸材料層的邊緣與最下面的導(dǎo)電層基本上對齊；e.在擴(kuò)展的第一凹坑中，在步驟d中形成的接觸材料層上方形成電介質(zhì)填充物；f.選擇性地蝕刻所述電介質(zhì)填充物以形成暴露所述接觸材料層的上表面的隔離通孔；以及g.使用接觸材料填充所述隔離通孔，由此形成所述第一導(dǎo)電接觸件，該第一導(dǎo)電接觸件直接連接所述最下面的導(dǎo)電層，且通過在步驟e中形成的電介質(zhì)填充物而與其它導(dǎo)電層隔離。11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中通過使用離子銑削、反應(yīng)離子蝕刻、等離子體蝕刻、激光蝕刻或濕法蝕刻實(shí)施步驟a和f，且使用殘余氣體分析儀(RGA)進(jìn)行蝕刻控制。12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中通過使用緩沖氧化物蝕刻實(shí)施步驟b。13.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中通過使用包含選自包括氟化氫的組的一種或多種蝕刻劑的蝕刻溶液實(shí)施步驟c。14.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中通過以下工藝制作直接且選擇性接觸所述前體結(jié)構(gòu)的最上面的導(dǎo)電層的笫二導(dǎo)電，所述工藝包括a.選擇性地蝕刻所述前體結(jié)構(gòu)以形成由底部和多個側(cè)壁限定的第二凹坑，其中所述第二凹坑的底部暴露了最下面的導(dǎo)電層的上表面，并且所述第二凹坑的側(cè)壁暴露了所述前體結(jié)構(gòu)的其它導(dǎo)電層以及所述一個或多個中間絕緣層；b.在所述第二凹坑的底部和側(cè)壁處選擇性地蝕刻所述導(dǎo)電層以暴露所述最下面的導(dǎo)電層下方的外圍絕緣層的上表面，并在所述導(dǎo)電層中形成凹進(jìn)部分，其中所述一個或多個中間絕緣層的未被蝕刻的邊緣形成所述第二凹坑的側(cè)壁上的一個或多個突出部分；c.在所述第二凹坑的側(cè)壁處選擇性地蝕刻所述一個或多個中間絕緣層，從而消除所述第二凹坑的側(cè)壁上的突出部分并且形成具有較窄上部和較寬下部的擴(kuò)展的第二凹坑，該較窄上部和較寬下部被其間的突出邊緣分離；d.通過使用成角度傾斜的準(zhǔn)直束在所述擴(kuò)展的第二凹坑中沉積電介質(zhì)材料層，其中所述擴(kuò)展的第二凹坑中的較窄上部和較寬下部之間的所述突出邊緣提供了沉積停止件，使得所沉積的電介質(zhì)材料層的邊緣與最上面的導(dǎo)電層的下表面基本上對齊；e.擴(kuò)展所述擴(kuò)展的第二凹坑中的較窄的上部以形成進(jìn)一步擴(kuò)展的第二凹坑，該進(jìn)一步擴(kuò)展的第二凹坑具有基本上直的側(cè)壁且沒有任何突出邊緣；以及f.使用接觸材料填充所述進(jìn)一步擴(kuò)展的第二凹坑，由此形成第二導(dǎo)電接觸件，該第二導(dǎo)電接觸件直接連接最上面的導(dǎo)電層且通過在步驟d中形成的電介質(zhì)材料層與其它導(dǎo)電層隔離。15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中通過下述工藝制作直接且選擇性接觸所述前體結(jié)構(gòu)的至少一個中間導(dǎo)電層的至少一個中間導(dǎo)電接觸件，所述工藝包括a.選擇性地蝕刻所述前體結(jié)構(gòu)以形成由底部和多個側(cè)壁限定的中間凹坑，其中所述第二凹坑的底部暴露了最下面的導(dǎo)電層的上表面，且其中所述中間凹坑的側(cè)壁暴露了其它導(dǎo)電層以及所述一個或多個中間絕緣層；b.在所述中間凹坑的底部和側(cè)壁處選擇性地蝕刻所述兩個或更多個導(dǎo)電層以暴露所述最下面的導(dǎo)電層下方的外圍絕緣層的上表面，并在所述導(dǎo)電層中形成凹進(jìn)部分，其中所述一個或多個中間絕緣層的未被蝕刻的邊緣形成所述中間凹坑的側(cè)壁上的一個或多個突出部分；c.在所述中間凹坑的側(cè)壁處選擇性地蝕刻所述一個或多個中間絕緣層，從而消除所述中間凹坑的側(cè)壁上的突出部分并且形成具有較窄上部和較寬下部的擴(kuò)展的中間凹坑，該較窄上部和較寬下部被其間的突出邊緣分離；d.通過使用成角度傾斜的準(zhǔn)直束在所述擴(kuò)展的中間凹坑中沉積電介質(zhì)材料層，其中所述擴(kuò)展的中間凹坑的較窄上部和較寬下部之間的所述突出邊緣提供了沉積停止件，使得所沉積的電介質(zhì)材料層的邊緣與所述中間導(dǎo)電層的下表面基本上對齊；e.通過使用成角度傾斜的準(zhǔn)直束，在所述擴(kuò)展的中間凹坑中，在步驟d中沉積的絕緣材料層上方沉積接觸材料層，其中所述擴(kuò)展的中間凹坑的較窄上部和較寬下部之間的所述突出邊緣提供了沉積停止件，使得所沉積的接觸材料層的邊緣與所述中間導(dǎo)電層基本上對齊；f.在步驟e中形成的所述接觸材料層上方的延伸的中間凹坑中填充電介質(zhì)填充物；g.選擇性地蝕刻所述電介質(zhì)填充物以形成暴露所述接觸材料層的上表面的隔離通孔；以及h.使用接觸材料填充所述隔離通孔，由此形成所述中間導(dǎo)電接觸件，該中間導(dǎo)電接觸件直接連接所述中間導(dǎo)電層且通過在步驟d中形成的電介質(zhì)材料層和在步驟f中形成的電介質(zhì)填充物而與其它導(dǎo)電層隔離。16.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述前體結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電層中的每一個都包括CdF2，該前體結(jié)構(gòu)的外圍和中間絕緣層中的每一個都包括CaF2，且通過下述工藝制作直接且選擇性接觸所述前體結(jié)構(gòu)的最下面的導(dǎo)電層的第一導(dǎo)電，所述工藝包括a.選擇性地蝕刻所述前體結(jié)構(gòu)以形成由底部和多個側(cè)壁限定的第一凹坑，其中所述第一凹坑的底部暴露了最下面的導(dǎo)電層的上表面，并且所述第一凹坑的側(cè)壁暴露了其它導(dǎo)電層以及所述一個或多個中間絕緣層；b.在所述第一凹坑中，在所述最下面的導(dǎo)電層上方再生長絕緣材料；c.選擇性地蝕刻再生長的絕緣材料以形成暴露所述最下面的導(dǎo)電層的上表面的隔離通孔；以及d.使用接觸材料填充所述隔離通孔，由此形成所述第一導(dǎo)電接觸件，該第一導(dǎo)電接觸件直接連接所述最下面的導(dǎo)電層且通過在步驟b中再生長的絕緣材料與其它導(dǎo)電層隔離。17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中通過以下工藝制作直接且選擇性接觸所述前體結(jié)構(gòu)的最上面的導(dǎo)電層的第二導(dǎo)電，所述工藝包括a.選擇性地蝕刻所述前體結(jié)構(gòu)以形成由底部和多個側(cè)壁限定的第二凹坑，其中所述第二凹坑的底部暴露了最下面的導(dǎo)電層的上表面，并且所述第二凹坑的側(cè)壁暴露了其它導(dǎo)電層以及所述一個或多個中間絕緣層；b.在所述第二凹坑中，在所述最下面的導(dǎo)電層上方再生長第一絕緣材料層，其中所述第一絕緣材料層的上表面與所述最上面的導(dǎo)電層的下表面基本上對齊；c.在所述第二凹坑中，在所述第一絕緣材料層上方再生長導(dǎo)電材料層，其中所述導(dǎo)電材料層的上表面與所述最上面的導(dǎo)電層的上表面基本上對齊；d.在所述導(dǎo)電材料層上方再生長第二絕緣材料層以填充所述第二凹坑；e.選擇性地蝕刻再生長的第二絕緣材料層以形成暴露了在步驟c中再生長的所述導(dǎo)電材料層的上表面的隔離通孔；以及f.使用接觸材料填充所述隔離通孔，由此形成所述第二導(dǎo)電接觸件，該第二導(dǎo)電接觸件直接連接所述最上面的導(dǎo)電層且通過在步驟b中再生長的第一絕緣材料層和在步驟d中再生長的第二絕緣材料層與其它導(dǎo)電層隔離。18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中通過下述工藝制作直接且選擇性接觸所述前體結(jié)構(gòu)的至少一個中間導(dǎo)電層的至少一個中間導(dǎo)電接觸件，所述工藝包括a.選擇性地蝕刻所述前體結(jié)構(gòu)以形成由底部和多個側(cè)壁限定的中間凹坑，其中所述第二凹坑的底部暴露了最下面的導(dǎo)電層的上表面，且其中所述中間凹坑的側(cè)壁暴露了其它導(dǎo)電層以及所述一個或多個中間絕緣層；b.在所述中間凹坑中，在所述最下面的導(dǎo)電層的上方再生長第一絕緣材料層，其中所述第一絕緣材料層的上表面與所述中間導(dǎo)電層的下表面基本上對齊；c.在所述中間凹坑中，在所述第一絕緣材料層的上方再生長導(dǎo)電材料層，其中所述導(dǎo)電材料層的上表面與所述中間導(dǎo)電層的上表面基本上對齊；d.在所述導(dǎo)電材料層上方再生長第二絕緣材料層以填充所述中間凹坑；e.選擇性地蝕刻再生長的第二絕緣材料層以形成暴露了在步驟c中再生長的所述導(dǎo)電材料層的上表面的隔離通孔；以及f.使用接觸材料填充所述隔離通孔，由此形成所述中間導(dǎo)電接觸件，該中間導(dǎo)電接觸件直接連接所述中間導(dǎo)電層且通過在步驟b中再生長的第一絕緣材料層和在步驟d中再生長的第二絕緣材料層與其它導(dǎo)電層隔離。19.一種耦合量子阱結(jié)構(gòu)，包括i.兩個或更多個量子阱，被設(shè)置和構(gòu)造為在簡并能級隧穿耦合，以及ii.兩個或更多個導(dǎo)電接觸件，每一個導(dǎo)電接觸件都與所述量子阱中的一個直接且選擇性連接。20.—種存儲單元，包括多個絕緣層；被所述絕緣層間隔開的至少第一、第二和第三導(dǎo)電層，其中所述第一、第二和第三導(dǎo)電層中的每一個中都存在自由電子的量子力學(xué)約束；至少第一、第二和第三電極，它們分別與所述第一、第二和第三導(dǎo)電層直接且選擇性接觸；第一電壓施加器，用于以在所述第一和第三導(dǎo)電層之間不直接流過隧穿電流的方式，通過所述第一和第三電極在所述第一和第三導(dǎo)電層之間施加預(yù)定電壓；以及第二電壓施加器，用于以隧穿電流可以在所述第一和第二導(dǎo)電層之間流動以定義第一存儲狀態(tài)、或者在所述第二和第三導(dǎo)電層之間流動以定義不同的第二存儲狀態(tài)的方式，通過所述第二電極向所述第二導(dǎo)電層施加可變電壓。全文摘要一種器件結(jié)構(gòu)包含兩個或更多個導(dǎo)電層(32，34)、兩個外圍絕緣層(30)、一個或多個中間絕緣層(36)以及兩個或更多個導(dǎo)電接觸件。所述兩個或更多個導(dǎo)電層被夾在所述兩個外圍絕緣層之間，且它們通過所述中間絕緣層而彼此間隔開以形成兩個或更多個量子阱。所述導(dǎo)電接觸件中的每一個都與所述導(dǎo)電層中的一個直接且選擇性連接，使得單獨(dú)的量子阱可以通過所述導(dǎo)電接觸件而被選擇性訪問。這種器件結(jié)構(gòu)優(yōu)選地包含耦合量子阱器件，該耦合量子阱器件具有兩個或更多個量子阱，該量子阱可以在簡并能級通過阱間隧道效應(yīng)而耦合在一起。更優(yōu)選地，該器件結(jié)構(gòu)包含存儲單元，該存儲單元具有三個量子阱，該三個量子阱被設(shè)置和構(gòu)造成限定兩種不同的存儲狀態(tài)。文檔編號H01L29/15GK101305467SQ200680042099公開日2008年11月12日申請日期2006年12月5日優(yōu)先權(quán)日2005年12月22日發(fā)明者D·紐恩斯,崔章琪,片山泰尚申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司