專利名稱：自組織單量子點的定位方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及量子信息領域，尤其涉及一種自組織單量子點的定位方法及裝置。
背景技術：
基于對單個量子(如光子、電子)的量子態(tài)(如偏振、自旋)進行編碼的量子信息技術，在集成規(guī)模、處理速度、功耗和信息安全方面都比傳統(tǒng)信息技術具有優(yōu)勢。單光子源是量子信息領域三大核心技術(單光子源、量子編碼和傳輸、單光子檢測)之一。低密度(I 10/μπι2)自組織銦砷量子點樣品能通過后期工藝隔離出單量子點微區(qū)，實現(xiàn)近紅外(900-1500nm)波段穩(wěn)定、高效的單光子發(fā)射；但自組織量子點成島位置隨機，而目前單光子源器件制備仍采用傳統(tǒng)的垂直腔面發(fā)射激光器的平面陣列版圖工藝，尋找和定位單量子點很盲目。同時，通過光刻或氧化形成圖形襯底，在襯底上進行量子點選區(qū)外延，雖能實現(xiàn)量子點的定位生長，但會引入表面態(tài)，降低量子點發(fā)光性能，通常不被采用。共聚焦顯微光致熒光譜能通過分立譜線定位樣品中的單量子點微區(qū)；但顯微光譜測試要求樣品置于液氮杜瓦，樣品從杜瓦中取出后，定位信息喪失。如何在實施工藝時準確定位單個自組織量子點是實現(xiàn)微腔與單量子點強耦合、提升單光子發(fā)射效率、提高單光子源器件成品率的關鍵，也是單光子源光纖耦合和實用化的前提。

發(fā)明內容
(一 )要解決的技術問題為了克服自組織量子點的工藝定位難題，本發(fā)明提供了一種借助共聚焦顯微光致熒光譜和合束紫外光對液氮杜瓦中單量子點微區(qū)進行原位曝光的方法，以準確“標記”和定位單量子點。( 二 )技術方案本發(fā)明提出了一種定位自組織單量子點的裝置，其包括:激光器，其用于產(chǎn)生激發(fā)光，所述激發(fā)光沿光路經(jīng)顯微物鏡匯聚，照射在量子點樣品表面微區(qū)，激發(fā)所述微區(qū)中的量子點產(chǎn)生熒光光束；紫外光源裝置，其用于產(chǎn)生紫外光；顯微物鏡，其用于匯聚所述激發(fā)光和紫外光到所述量子點樣品表面的微區(qū)，并收集所述量子點樣品表面的微區(qū)中量子點發(fā)出的熒光光束，其還用于掃描量子點樣品表面；光譜儀，其用于表征所述熒光光束，得到熒光光譜；其中，在所述熒光光譜中找到單量子點發(fā)出的熒光對應的分立譜線后，所述顯微物鏡停止掃描，并打開所述紫外光源裝置對當前掃描的量子點樣品表面微區(qū)的光刻膠進行曝光，以定位自組織單量子點的位置。。本發(fā)明還提出了一種自組織單量子點的定位方法，其包括:步驟1、將表面預涂負性光刻膠的量子點樣品放入杜瓦中；步驟2、由激光器發(fā)出的激發(fā)光經(jīng)顯微物鏡匯聚后，照射所述量子點樣品表面的微區(qū)；步驟3、用顯微物鏡對所述量子點樣品表面進行掃描，并收集所述微區(qū)中的量子點發(fā)出的熒光光束；步驟4、由光譜儀表征所述熒光光束，獲得熒光光譜；步驟5、從所述熒光光譜找到單量子點發(fā)出的熒光對應的分立譜線，并停止掃描；步驟6、對停止掃描時所述顯微物鏡聚焦的所述量子點樣品表面的微區(qū)進行紫外光曝光，以定位自組織單量子點的位置。(三)有益效果本發(fā)明提出的定位自組織單量子點的裝置和方法具有以下效果:1、實現(xiàn)了對單個自組織量子點的原位、準確和快速定位，避免了平面陣列版圖自上而下制備單光子源器件在尋找單量子點上的盲目性；2、刻蝕形成的臺面能保證下面有單量子點，便于完成單光子源器件的后續(xù)工藝(如共面電極制備)，提高了單光子源器件的成品率。


圖1是本發(fā)明中使用共聚焦顯微光致熒光譜輔助定位單量子點的裝置示意圖；圖2是本發(fā)明中量子點微區(qū)中量子點熒光光束和后續(xù)刻蝕臺面示意圖；圖3是本發(fā)明中使用共聚焦顯微光致熒光譜輔助定位單量子點的方法示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。圖1示出了本發(fā)明提出的一種使用共聚焦顯微光致熒光譜輔助定位單量子點的裝置，其包括:激發(fā)用氦氖激光器1、曝光用紫外光源2、擋板和衰減片組3、4、分束器5、6、安裝在平移臺上的顯微物鏡7、低密度量子點樣品8、液氮杜瓦9、濾光片10、透鏡11、光柵光譜儀12和CXD陣列13。其中，激發(fā)用氦氖激光器I發(fā)出波長632.8nm的激光，經(jīng)顯微物鏡7聚焦，照射低密度量子點樣品8的微區(qū)，使該微區(qū)內量子點發(fā)出熒光，曝光用紫外光源2采用355nm固體激光器，或405nm半導體激光器，或經(jīng)擴束、準直和濾光的436nm汞燈以產(chǎn)生曝光用的平行紫外光。衰減片組3位于激發(fā)用氦氖激光器I和分束器5之間，用于調整激發(fā)用氦氖激光器I產(chǎn)生的激發(fā)光強度；擋板和衰減片組4位于曝光用紫外光源2和分束器5之間，用于開關和調整紫外曝光強度。激發(fā)用激發(fā)光與曝光用平行紫外光經(jīng)分束器5后合束，共用一條光路，然后經(jīng)分束器6反射后進入長工作距離顯微物鏡7，顯微物鏡7將激發(fā)光和紫外光匯聚到位于液氮杜瓦9中的量子點樣品8上。在圖1中，量子點產(chǎn)生的熒光被顯微物鏡7收集，經(jīng)分束器6透射并經(jīng)濾光片10濾光后，被透鏡11聚焦到光柵光譜儀12的入射狹縫，然后經(jīng)所述光柵光譜儀處理后得到熒光光譜，所述熒光光譜使用CCD陣列13顯示。其中，所述濾光片10選用647nm低通濾光片，目的是濾去氦氖激發(fā)光和曝光用紫外光。所述熒光光譜表征的目的在于找到單量子點微區(qū)，單量子點給出分立譜線(對應不同激子態(tài)發(fā)光)，而系綜量子點給出寬輪廓熒光譜。在圖1中，安裝在平移臺上的顯微物鏡7隨平移臺移動，從而緩慢掃描量子點樣品8的表面，同時收集表面微區(qū)中量子點發(fā)出的熒光，傳到光柵光譜儀12做光譜表征；只有當顯微物鏡7掃描到某個位置、光柵光譜儀12從所述熒光光譜中找到分立譜線后，表明定位得到了單量子點微區(qū)。在圖1中，擋板和衰減片組4通常關閉，即紫外光通常關閉，只有按上述方法掃描找到單量子點微區(qū)后才停止掃描，開啟紫外光，對單量子點微區(qū)進行光刻膠曝光，“標記”單量子點的位置。如圖2左圖所示，顯微物鏡7將合束的激發(fā)光和紫外光光束17匯聚到量子點樣品8的表面微區(qū)上，兩者光斑基本重合，大小約為2 μ m，保證了對單量子點微區(qū)的準確定位。光斑微區(qū)外的量子點14不發(fā)光，只有光斑微區(qū)內的自組織量子點才被光激發(fā)而產(chǎn)生熒光(即光致熒光)。量子點熒光光束16沿逆光路返回后被顯微物鏡7收集。所述自組織單量子點為發(fā)光波長在近紅外波段的自組織銦砷單量子點，它們采用分子束外延在鎵砷襯底上生長，成點由應力驅動且自組織生長，成點位置隨機，大小有一定分布。如圖2左圖所示，低密度量子點樣品8表面涂覆的負性光刻膠15只感應436nm以下的藍光和紫外光，對所述激發(fā)光(氦氖激光器632.8nm)和量子點近紅外突光(大于900nm)透明，在顯微物鏡7聚焦的紫外光束17照射下，光斑微區(qū)負性光刻膠變性，后續(xù)顯影時無法溶解；而光斑微區(qū)以外的區(qū)域光刻膠性質恒定，后續(xù)顯影時溶解。如圖2右圖所示，掃描完成后將樣品從杜瓦中取出，顯影、定影、刻蝕，單量子點微區(qū)上的光刻膠固化，阻止刻蝕，而其他區(qū)域光刻膠溶解，露出樣品表面，允許刻蝕。刻蝕的結果是只留下單量子點微區(qū)，而把其他區(qū)域的量子點層全部刻蝕掉，形成含單量子點的臺面18。之后就能在臺面上完成單光子源器件的后續(xù)工藝，如制備共面電極等。本發(fā)明還提出了一種自組織單量子點的定位方法，其使用上述共聚焦顯微光致熒光譜輔助定位單量子點的裝置實現(xiàn)對單量子點的定位，該方法具體包括，如圖3所示:I)預先在量子點樣品8表面涂一層負性光刻膠；2)將樣品放入杜瓦9中液氮制冷，打開氦氖激光器以產(chǎn)生激發(fā)光(用來激發(fā)量子點產(chǎn)生熒光)，使用所述顯微物鏡7將所述激發(fā)光聚集照射在所述樣品上的微區(qū)，所述顯微物鏡7將所述樣品中量子點經(jīng)激發(fā)光照射后產(chǎn)生的熒光光束進行收集，并聚焦到所述光柵光譜儀，由所述光柵光譜儀對所述熒光光束做光譜表征；3)所述光柵光譜儀通過尋找分立譜線定位單量子點微區(qū)；4)在找到單量子點微區(qū)后，用光斑為毫米大小的平行紫外光(如355nm固體激光器、405nm半導體激光器、或經(jīng)擴束、濾光和準直的436nm汞燈)沿現(xiàn)有激發(fā)光光路經(jīng)顯微物鏡聚焦后對該微區(qū)上面的光刻膠進行曝光，原位“標記”單量子點；5)用顯微物鏡掃描樣品表面，每找到發(fā)光良好的分立譜線就停止掃描，用紫外光對該區(qū)域曝光“標記”;記錄總共標記數(shù)和各點光譜，對應最終有望得到的單光子器件個數(shù)和各自光譜，以備后續(xù)檢驗。6)掃描完成后將樣品從杜瓦中取出，顯影、定影、刻蝕臺面、去膠，每個臺面下必然有一個發(fā)光良好的量子點。本發(fā)明提出的使用共聚焦顯微光致熒光譜輔助定位單量子點的裝置和方法同樣適用于其他材料體系的自組織量子點，只要量子點熒光波長遠離曝光用紫外光波長。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種定位自組織單量子點的裝置，其包括: 激光器，其用于產(chǎn)生激發(fā)光，所述激發(fā)光沿光路經(jīng)顯微物鏡匯聚，照射在量子點樣品表面微區(qū)，激發(fā)所述微區(qū)中的量子點產(chǎn)生熒光光束； 紫外光源裝置，其用于產(chǎn)生紫外光； 顯微物鏡，其用于匯聚所述激發(fā)光和紫外光到所述量子點樣品表面的微區(qū)，并收集所述量子點樣品表面的微區(qū)中量子點發(fā)出的突光光束，其還用于掃描量子點樣品表面；光譜儀，其用于表征所述熒光光束，得到熒光光譜； 其中，在所述熒光光譜中找到單量子點發(fā)出的熒光對應的分立譜線后，所述顯微物鏡停止掃描，并打開所述紫外光源裝置對當前掃描的量子點樣品表面微區(qū)的光刻膠進行曝光，以定位自組織單量子點的位置。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述量子點樣品表面涂有負性光刻膠，其感應所述紫外光源裝置發(fā)出的紫外光，而對所述激光器發(fā)出的激發(fā)光和量子點熒光透明。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述激發(fā)光和紫外光通過第一分束器合束，共用一條光路。
4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述顯微物鏡將所述激發(fā)光和紫外光匯聚到所述量子點樣品表面，且照射在所述量子點樣品上的激發(fā)光光斑和紫外光光斑基本重入口 ο
5.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括第二分束器、濾光片和透鏡，所述顯微物鏡收集的熒光光束經(jīng)所述第二分束器透射并經(jīng)所述濾光片濾除激發(fā)光和紫外光后，被所述透鏡聚焦到所述光譜儀的入射狹縫。
6.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述激光器為氦氖激光器；所述紫外光光源裝置為固體激光器、半導體激光器或經(jīng)擴束、準直和濾光的汞燈之一。
7.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括擋板和衰減片組，其中所述擋板用于開關所述紫外光，而所述衰減片組用于調整所述紫外光強度。
8.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述自組織單量子點為發(fā)光波長在近紅外波段的自組織銦砷單量子點。
9.一種自組織單量子點的定位方法，其包括: 步驟1、將表面預涂負性光刻膠的量子點樣品放入杜瓦中； 步驟2、由激光器發(fā)出的激發(fā)光經(jīng)顯微物鏡匯聚后，照射所述量子點樣品表面的微區(qū)；步驟3、用顯微物鏡對所述量子點樣品表面進行掃描，并收集所述微區(qū)中的量子點發(fā)出的熒光光束； 步驟4、由光譜儀表征所述熒光光束，獲得熒光光譜； 步驟5、從所述熒光光譜找到單量子點發(fā)出的熒光對應的分立譜線，并停止掃描； 步驟6、對停止掃描時所述顯微物鏡聚焦的所述量子點樣品表面的微區(qū)進行紫外光曝光，以定位自組織單量子點的位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自組織單量子點的定位裝置和方法，其裝置包括激光器，其用于產(chǎn)生激發(fā)光，激發(fā)量子點樣品中的量子點產(chǎn)生熒光光束；紫外光源裝置，其用于產(chǎn)生紫外光，對單量子點微區(qū)光刻膠曝光；顯微物鏡，其用于匯聚所述激發(fā)光和紫外光到所述量子點樣品表面微區(qū)，并收集所述微區(qū)中量子點的熒光光束，其還用于掃描樣品表面；光譜儀，其用于表征所述熒光光束，得到熒光光譜；其方法是在所述熒光光譜找到單量子點對應的分立譜線后停止掃描，打開所述紫外光對當前掃描的樣品表面微區(qū)光刻膠曝光，以定位單量子點。本發(fā)明避免了平面陣列版圖工藝在定位單量子點微區(qū)上的盲目性，達到了原位準確定位單量子點的目的，提高了單光子源器件的成品率。
文檔編號G01N21/64GK103163109SQ201310056260
公開日2013年6月19日 申請日期2013年2月19日 優(yōu)先權日2013年2月19日
發(fā)明者尚向軍, 倪海橋, 査國偉, 喻穎, 李密峰, 王莉娟, 徐建星, 牛智川 申請人:中國科學院半導體研究所