能量收集器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施方式的各方面指向半导体装置，更具体地，光敏半导体装置。
【背景技术】
[0002]—些光敏器件包括一个或多个半导体材料层，当受到光中的光量子撞击时，其生成载流子。这些器件使用外部提供的电压来生成电场，以将载流子推向输出端，从而生成可量测的电流。这种器件可以用作例如光学传感器。然而，为生成电流而需要外部提供的电压则限制了这种光敏器件所合适的应用。例如，对于外部提供的电压的需求可能导致光敏器件不适于作为光学传感器来唤醒失电器件(例如当检测到运动时)。作为另外的示例，对于外部提供的电压的需求可能导致光敏器件对于发电应用(例如太阳能电池)而言效率低下。
【发明内容】
[0003]各示例的实施方式指向能量收集器电路及其制造。在一个或多个揭露的实施方式中，一种电路配置和布置为收集光子能量。该电路包括量子堆叠，其具有多个量子限制区域。量子限制区域彼此通过一个或多个量子势皇区互相隔开。量子限制区域的每一个及相邻的量子势皇区包括半导体材料，配置和布置为在其中生成载流子。该电路包括连接到量子堆叠的底层的第一接触，以及连接到量子堆叠的上层的第二接触。该电路还包括无源电路，配置和布置为生成电场，其导致量子堆叠中的载流子向第一和第二接触中的一个迀移。
[0004]根据一个或多个实施方式，还披露了制造半导体装置的方法。第一欧姆接触位于衬底的第一区域上。无源电路、量子堆叠、第二欧姆接触堆叠在衬底的第二区域上。量子堆叠包括多个量子限制区域，彼此通过一个或多个量子势皇区互相隔开。量子限制区域的每一个及相邻的量子势皇区包括半导体材料，配置和布置为在其中生成载流子。无源电路配置和布置为生成电场，其导致量子堆叠中的载流子向第一和第二接触中的一个迀移。
[0005]以上的讨论/概要并不应视为描述了本发明的每一种实施方式或所有实施例。以下的附图和描述同样示出了各种实施方式。
【附图说明】
[0006]通过以下结合各附图进行的详细说明，可以更完整地理解各示例的实施方式，其中:
[0007]图1示出根据一个或多个实施方式的第一能量收集装置；
[0008]图2示出根据一个或多个实施方式的第二能量收集装置；
[0009]图3示出根据一个或多个实施方式的第三能量收集装置；
[0010]图4示出根据一个或多个实施方式的在衬底上具有量子堆叠、无源电场发生器和接触的第一结构的装置；以及
[0011]图5示出根据一个或多个实施方式的在衬底上具有量子堆叠、无源电场发生器和接触的第二结构的装置。
【具体实施方式】
[0012]各实施方式的方面通过附图中的例子示出，并进行详细说明，此处所讨论的各实施方式亦可适于修改和替换形式。然而，应当理解的是，本发明不局限于所描述的特定实施方式。相反地，意欲覆盖所有落入包括定义在权利要求中的各方面中的本发明的所有修改、等同和替换。此外，本申请全文中所指的“示例”仅为表述之用，非为限制。
[0013]应当相信，本发明的各方面可应用在涉及到能量收集的多种不同类型的装置、系统和方法中。一些示例的实现指向收集光子和/或热能的电路、装置和方法。本发明的各方面可通过上下文对各示例的讨论而明了，然而所披露的各实施方式并不必然地限于该等应用。
[0014]在一些多样化的实施方式中，一种装置包括半导体结构，其配置为响应于在目标波长范围中的光而在其中生成载流子。该装置还包括无源电路，配置为生成电场，并从而引起载流子朝向装置的输出端或接触迀移。无源电路在无需外部电压或电流提供的情况下工作。需要外部电压或电流运行的电路称为有源电路。
[0015]在一些实施方式中，一种装置包括半导体结构，在此处称为量子堆叠。量子堆叠包括多个量子限制区域，彼此通过一个或多个量子势皇区互相隔开。量子限制区域的每一个及相邻的量子势皇区包括半导体材料，配置和布置为响应于在目标波长范围中的光而其中生成载流子。
[0016]该装置包括连接到量子堆叠的底层的第一接触，以及连接到量子堆叠的上层的第二接触。该装置还包括无源电路，配置和布置为生成与量子堆叠接触的电场，从而引起载流子朝向第一和第二接触中的一个迀移。
[0017]在一些实施方式中，无源电路包括连接在第一和第二接触中的一个与量子堆叠之间的PN 二极管。PN 二极管包括一部分N型半导体(具有多余的价电子)，N型半导体相邻于一部分P型半导体(价电子不足，从而在其位置留下“空穴”)。由于N型和P型半导体部分的邻近，N型半导体部分的多余电子可以扩散到P型半导体部分中。类似地，P型半导体中的空穴可以扩散到N型半导体部分中。从而，二极管的N型半导体部分变为正电性，P型半导体部分变为负电性，从而形成电场。在一些实现方式中，无源电路设置在相邻于量子堆叠的位置，从而量子堆叠处在由无源电路产生的电场中。
[0018]在一些实施方式中，无源电路包括连接在第一和第二接触中的一个与量子堆叠之间的肖特基二极管。肖特基二极管包括金属部分，金属部分相邻于半导体部分。由于金属部分与半导体部分的邻近，金属部分和半导体部分的费米能级是准直的，而在半导体部分中的导通和价能级被弯曲。从而，形成一个空间电荷区，以形成一个电场。在一些实现方式中，无源电路设置在相邻于量子堆叠的位置，从而量子堆叠处在由无源电路产生的电场中。
[0019]可以用于量子限制区域和量子势皇区的各种半导体包括但不限于硅、锗、锗硅、碳化硅、锡锗硅SiGeSn、磷化铟、砷化镓、碲镉汞、氮化镓、碳锗硅、氧化镉锌ZnCdO、氧化铟锡InSnO和/或氧化锌锡ZnSnO。在一些实现中，量子堆叠中的多个量子限制区域包括具有第一带隙的第一半导体，一个或多个量子势皇区包括具有第二带隙的第二半导体。例如，第一半导体可以是SixGe1 x，第二半导体可以是SiyGe1 y。
[0020]为简化说明，各示例和实施方式基本都是参照从红外频率范围内的光中收集能量而描述的。然而，各实施方式并不限于此。在各实施方式中，量子堆叠可以适应为单独地或联合地响应于其他波长(可见和/或不可见)而生成载流子。在一些实现中，量子堆叠还可以配置为将热能转换为载流子。
[0021]现在参考图示，图1所示的是根据一个或多种实施方式的第一能量收集装置。
[0022]该装置100包括量子堆叠130，其具有多个量子限制区域132、136、140，彼此之间通过量子势皇区134、138互相隔开。量子限制区域132、136、140包括半导体材料，响应于目标频率的光(例如红外光)，半导体材料在其中生成载流子。在一种示例的实现中，量子限制区域为SiGe，以及量子势皇区为Si。然而，如以上所述的，量子限制区域和量子势皇区也可以使用其他的半导体。
[0023]该装置还包括接触110、150以及无源电场发生器120。接触中的第一个电连接到量子堆叠130的上层132。在该实施方式中，接触中的第二个150电连接到量子堆叠130的底层140。在该实施方式中，无源电场发生器120电性地将接触110连接到量子堆叠130的上层(如量子限制区域132)。在一些其他的实现中，无源电场发生器120可以将接触150电连接到量子堆叠130的底层(例如量子限制区域140)。
[0024]无源电场发生120包括无源电路，配置为无需外部提供的电压或电流而生成电场。在一些实现中，无源电场发生器120可包括PN 二极管，配置为生成电场。如以上所述的，该电场导致在量子限制区域132、136、140中所生成的载流子朝向接触110或150中的一个迀移，从而引起电流(il或i2)。电流的方向取决于例如无源电场发生器120中PN 二极管的方向。
[0025]在该实施方式中，量子堆叠130包括三个量子限制区域132、136、140以及两个量子势皇区134、138。然而，量子堆叠130也可以包括其他数目的量子限制区域和/或量子势皇区。类似地，尽管图1中的量子限制区域132、136、140和量子势皇区134、138为量子堆叠130中的层，各量子限制区域和量子势皇区也可以具有其他的形状和/或结构。
[0026]图2示出根据一个或多个实施方式的第二能量收集装置。该装置200包括量子堆叠230、无源电场发生器220以有接触210、240，布置为与参考图1所述的量子堆叠130、120和接触110、150相似。然而，量子堆叠230包括与量子堆叠130不同的量子限制区域和量子势皇区结构。在该实施方式中，量子限制区域232为分散于量子势皇区234中并由量子势皇区234分开的量子点。无源电场发生器220生成电场，从而引起在量子限制区域232中所生成的载流子朝向接触210或240中的一个迀移，以引起电流(il或i2)。
[0027]图3示出根据一个或多个实施方式的第三能量收集装置。该装置300包括在第一接触310和第二接触340之间串联的多个量子堆叠330、332、334和336。量子堆叠330、332、334、336可以示例地实现为