DE112019003277B4

DE112019003277B4 - Optoelektronische einheiten auf grundlage von intrinsischen plasmon-exziton-polaritonen

Info

Publication number: DE112019003277B4
Application number: DE112019003277.1T
Authority: DE
Inventors: Abram Falk; Damon Brooks Farmer
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2019-06-14
Publication date: 2023-12-28
Anticipated expiration: 2039-06-15
Also published as: DE112019003277T5; JP7335273B2; CN112204757A; GB2590251B; GB2590251A; JP2021530858A; US10727431B2; US20200006690A1; GB202100790D0; WO2020003045A1

Abstract

Halbleitereinheit, aufweisend:ein Band (202) einer Dicke und einer Breite, wobei ein Material des Bandes dafür konfiguriert ist, Exzitonen ebenso wie Plasmonen zu beherbergen, und wobei die Breite eine inverse Funktion eines Wellenvektorwerts ist, bei welchem ein Energieniveau von Plasmonen in dem Material gleich hoch ist wie ein Energieniveau von Exzitonen in dem Material, wobei die gleichen Energien der Plasmonen und der Exzitonen in dem Band eine Anregung intrinsischer Plasmon-Exziton-Polaritonen in dem Band bewirken;einen ersten Kontakt (402, 602), der mit einer ersten Stelle auf dem Band elektrisch verbunden ist; undeinen zweiten Kontakt (404, 604), der mit einer zweiten Stelle auf dem Band elektrisch verbunden ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein optoelektronische Einheiten auf Grundlage von intrinsischen Plasmon-Exziton-Polaritonen.
HINTERGRUND
Eine optoelektronische Einheit ist eine Einheit, welche eine Beziehung zwischen optischen Eigenschaften der Einheit und elektrischen Eigenschaften der Einheit zeigt. Beispielsweise nehmen einige optoelektronische Einheiten sichtbares Licht, Infrarotlicht, ultraviolettes Licht, Röntgenstrahlen oder elektromagnetische Wellen anderer Wellenlängen auf und erzeugen eine Potentialdifferenz oder Spannung über eine Gruppe von Anschlüssen. Eine Photodiode ist ein Beispiel für diese Art optoelektronischer Photodetektoreinheiten. Einige optoelektronische Einheiten nehmen in ähnlicher Weise Licht oder elektromagnetische Wellen anderer Wellenlängen auf und schalten für elektrischen Strom, der dafür konfiguriert ist, durch die Einheit zu fließen, von leitend auf nicht-leitend um oder umgekehrt.
Einige andere optoelektronische Einheiten nehmen einen elektrischen Strom als Eingabe auf und geben sichtbares Licht, Infrarotlicht, ultraviolettes Licht, Röntgenstrahlen oder elektromagnetische Strahlen anderer Wellenlängen aus. Diese Art einer optoelektronischen Einheit wird als eine lichtemittierende Diode oder ein Photoemitter bezeichnet. Eine optoelektronische Photodetektor- oder Photoemittereinheit, die unter Verwendung von Halbleitermaterialien und unter Anwendung einer Halbleiter-Herstellungstechnologie im Maßstab von Halbleitereinheiten hergestellt wird, ist eine optoelektronische Halbleitereinheit.
Oberflächen-Plasmonen (hierin auch einfach als „Plasmonen“ bezeichnet) und Exzitonen sind beide wichtige optoelektronische Phänomene. Oberflächen-Plasmonen sind Ladungsoszillationen, die mit optischen Feldern gekoppelt sind. Plasmonen können optische Felder in Volumina des Nanomaßstabs konzentrieren und die Wirksamkeit von Photodetektoren erhöhen. Diese Konzentration optischer Felder kann auch dazu dienen, die Lumineszenzrate von in der Nähe optisch oder elektrisch betriebenen Emittern zu erhöhen.
Exzitonen weisen Elektronen auf, die in Halbleitern an Defektelektronen gebunden sind. Exzitonen sind sowohl bei der Photoemission als auch bei der Photodetektion ein wichtiges Verfahren, insbesondere in organischen Molekülen und Nanomaterialien, wo die Coulomb-Bindungsstärke zwischen Elektronen und Defektelektronen besonders stark ist.
Oberflächen-Plasmonen können mit Exzitonen hybridisieren, wenn sie nah zusammengebracht werden. Wenn ein Oberflächen-Plasmon stark genug an ein Exziton gebunden ist, ist das resultierende Quasiteilchen als ein Plasmon-Exziton-Polariton (PEP) bekannt. Um in der Praxis ein PEP zu erhalten, werden häufig lichtabsorbierende Moleküle (hierin einfach als „Moleküle“ bezeichnet), z.B. Farbstoffmoleküle, in die Nähe von Metalloberflächen oder Metallantennen gebracht, da Metalloberflächen der häufigste Wirt für Oberflächen-Plasmonen sind. Diese Art von Plasmon-Exziton-Polariton ist als ein hybrides Polariton bekannt, da das Plasmon und das Exziton, die das Polariton bilden, von separaten Materialien beherbergt werden.
RAMEZANI, M. [et al.]: Plasmon-exciton-polariton lasing. In: Optica, Vol. 4, 2017, No. 1, S. 31-37 beschreiben einen Gegenstand mit einer Schicht aus dotiertem PMMA auf einem Array aus Silbernanopartikeln zur Erzeugung von Plasmon-Exziton-Polaritonen.
KURZDARSTELLUNG
Die veranschaulichenden Ausführungsformen stellen ein Verfahren, ein System und ein Computerprogrammprodukt bereit. Eine Ausführungsform umfasst ein Herstellungsverfahren, durch welches ein Band einer Dicke und einer Breite gebildet wird, wobei ein Material des Bandes dafür konfiguriert ist, Exzitonen ebenso wie Plasmonen zu beherbergen, und wobei die Breite eine inverse Funktion eines Wellenvektorwerts ist, bei welchem ein Energieniveau von Plasmonen in dem Material im Wesentlichen gleich hoch ist wie ein Energieniveau von Exzitonen in dem Material, wobei die im Wesentlichen gleichen Energien der Plasmonen und der Exzitonen in dem Band eine Anregung intrinsischer Plasmon-Exziton-Polaritonen (IPEPs) in dem Band bewirken. Durch die Ausführungsform wird ein erster Kontakt gebildet, der mit einer ersten Stelle auf dem Band elektrisch verbunden ist. Durch die Ausführungsform wird ein zweiter Kontakt gebildet, der mit einer zweiten Stelle auf dem Band elektrisch verbunden ist.
Eine Ausführungsform umfasst ein Halbleiter-Herstellungssystem. Die Ausführungsform umfasst einen Prozessor, einen computerlesbaren Speicher, und eine computerlesbare Speicherungseinheit und auf der Speicherungseinheit gespeicherte Programmbefehle zur Ausführung durch die Prozessoren über die Speicher, wobei die gespeicherten Programmbefehle bewirken, dass das Herstellungssystem Operationen des Herstellungsverfahrens durchführt.
Eine Ausführungsform umfasst eine Halbleitereinheit. Die Halbleitereinheit umfasst Strukturen, die gemäß dem Herstellungsverfahren gebildet werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die neuen Merkmale, die als charakteristisch für die Erfindung angesehen werden, werden in den anhängenden Patentansprüchen ausgeführt. Die Erfindung als solche jedoch, ebenso wie ein bevorzugter Verwendungsmodus, weitere Ziele und Vorteile davon, sind am besten zu verstehen unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung der veranschaulichenden Ausführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, wobei:

1 ein Schema der Verbindung eines Exzitons und eines Plasmons in einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen, welches ein beispielhaftes Material für die Optoelektronik auf IPEP-Basis ist, gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform zeigt;
2 eine Darstellung einer kristallisierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Dünnschicht, welche zu Nanobändern geätzt ist, um als Plasmonen-Resonatoren zu fungieren, gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform zeigt;
3 eine graphische Darstellung eines Verfahrens zum Bestimmen von L gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform zeigt;
4 ein Blockschaubild einer beispielhaften Weise der Herstellung einer optoelektronischen Einheit auf IPEP-Basis gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform zeigt;
5 ein Blockschaubild einer anderen Ansicht der optoelektronischen Einheit auf IPEP-Basis gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform zeigt;
6 ein Blockschaubild einer anderen beispielhaften Weise der Herstellung einer optoelektronischen Einheit auf IPEP-Basis gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform zeigt;
7 ein Blockschaubild einer weiteren beispielhaften Weise der Herstellung einer optoelektronischen Einheit auf IPEP-Basis gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform zeigt;
8 eine Folge von Blockschaubildern, welche eine beispielhafte Operation einer optoelektronischen Einheit des Photodetektor-Typs auf IPEP-Basis veranschaulichen, gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform zeigt;
9 eine Folge von Blockschaubildern, welche eine beispielhafte Operation einer optoelektronischen Einheit des Photoemitter-Typs auf IPEP-Basis veranschaulichen, gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform zeigt;
10 eine Folge von Blockschaubildern, welche eine beispielhafte Operation einer anderen optoelektronischen Einheit des Photoemitter-Typs auf IPEP-Basis veranschaulichen, gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform zeigt;
11 einen Ablaufplan eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Einheit auf IPEP-Basis gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform zeigt;
12 einen Ablaufplan eines anderen beispielhaften Verfahrens zur Herstellung und zum Betreiben einer optoelektronischen Einheit auf IPEP-Basis gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform zeigt; und
13 einen Ablaufplan eines weiteren Verfahrens zur Herstellung und zum Betreiben einer optoelektronischen Einheit auf IPEP-Basis gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die veranschaulichenden Ausführungsformen stellen eine optoelektronische Einheit bereit, welche intrinsische PEPs (IPEPs) nutzt. Ein intrinsisches PEP ist ein Polariton, in welchem die Plasmonen und Exzitonen, welche durch enge Nähe zueinander hybridisiert sind, um das Polariton zu bilden, in einem einzelnen Material gebildet werden, bewahrt werden oder vorliegen. Es sei daran erinnert, dass PEPs, wie sie im Stand der Technik gebildet werden, hybride PEPs sind, in welchen die Plasmonen und die Exzitonen in verschiedenen Materialien vorliegen, die in enger Nähe zueinander positioniert werden.
Versuche mit den hierin beschriebenen Ausführungsformen haben gezeigt, dass intrinsische PEPs in Kohlenstoff-Nanoröhrchen erzeugt werden können. Versuche haben ebenso gezeigt, dass das Prinzip des Bildens intrinsischer PEPs auch einfach auf andere Nanomaterialien erweitert werden könnte, z.B. GaAs-Nanodrähte, GaP-Nanodrähte, InP-Nanodrähte, Metalloxid-Nanopartikel und Nanobänder zweidimensionaler Übergangsmetall-Dichalkogenide (Transition Metal Dichalcogenides, TMDs). Die allgemeinen Kriterien, damit ein Material in der Lage ist, PEPs zu beherbergen, sind, dass 1) es sowohl Oberflächenplasmon-Resonanzen als auch Exzitonen beherbergen muss, 2) die freie Ladungsdichte, die erforderlich ist, damit das Material Plasmonresonanzen beherbergt, nicht so hoch sein kann, dass die Exzitonen gelöscht werden, und 3) die Plasmonen und die Exzitonen in diesem Material dicht genug sein müssen und eine ausreichend starke optische Aktivität aufweisen müssen, so dass die Übergangsstärken zwischen Plasmonen und Exzitonen stärker sind als jegliche externen strahlenden oder nicht-strahlenden Übergänge.
Die veranschaulichenden Ausführungsformen lassen erkennen, dass Plasmon-Exziton-Polaritonen, und insbesondere IPEPs, mehrere positive Eigenschaften sowohl von Exzitonen als auch von Plasmonen beinhalten können. Zum Beispiel:

1. Wie Exzitonen können sie Licht emittieren. Optische Emissionsraten können durch den plasmonischen Charakter des Polaritons erhöht werden und der resultierende Emitter kann heller sein.
2. Wenn das Plasmon auf einen Resonator begrenzt ist, kann das Polariton als ein Nanomaßstabs-Laser fungieren, in welchem das Exziton als das Verstärkungsmedium wirkt.
3. Anders als hybride Exziton-Plasmon-Polaritonen weisen intrinsische Exziton-Plasmon-Polaritonen eine nahezu ideale Überlappung zwischen dem optischen Modus des Plasmons und dem Exziton auf, wodurch eine stärkere Kopplung zwischen den beiden Anregungen erzeugt wird und polaritonische Effekte erhöht werden.
4. Der Exziton-Plasmon-Resonator kann auch als ein Photodetektor fungieren, bei welchem das Vorliegen der plasmonischen Resonanzen die Absorptionsrate des Materials wirksam erhöht.
5. Wenn ein plasmonisches Medium ein Halbleiter ist, kann seine freie Ladungsdichte mit einem elektrischen Gate eingestellt werden, welches die Frequenz der Plasmonresonanz einstellt. Dadurch können die Emissions- und die Absorptionsfrequenz des Exziton-Plasmon-Polaritons elektrisch eingestellt werden.

Die veranschaulichenden Ausführungsformen, die verwendet werden, um die Erfindung zu beschreiben, stellen allgemein ein Verfahren zum Erzeugen von IPEPs bereit. Die veranschaulichenden Ausführungsformen stellen außerdem ein Herstellungsverfahren zur Herstellung optoelektronischer Einheiten auf Grundlage von intrinsischen Plasmon-Exziton-Polaritonen bereit.
Eine Ausführungsform weist eine hierin beschriebene Halbleitereinheit auf. Eine andere Ausführungsform weist ein Herstellungsverfahren für die vorgesehene Halbleitereinheit auf und kann als eine Software-Anwendung realisiert werden. Die Software-Anwendung, die eine Anwendung realisiert, kann als eine Modifikation eines existierenden Halbleiter-Herstellungssystems konfiguriert sein - z.B. als ein Photolithographiesystem, als eine separate Anwendung, welche in Verbindung mit einem existierenden Halbleiter-Herstellungssystem arbeitet, eine selbständige Anwendung oder eine Kombination davon. Beispielsweise bewirkt die Anwendung, dass das Halbleiter-Herstellungssystem die hierin beschriebenen Schritte ausführt, um optoelektronische Einheiten auf Grundlage von intrinsischen Plasmon-Exziton-Polaritonen herzustellen, wie hierin beschrieben.
Zur Verdeutlichung der Beschreibung und ohne eine Beschränkung derselben mit sich zu bringen, werden die veranschaulichenden Ausführungsformen unter Verwendung eines speziellen Typs von Material beschrieben, nämlich Kohlenstoff-Nanoröhrchen, in welchen die IPEPs zu bilden sind. Innerhalb des Umfangs der veranschaulichenden Ausführungsformen kann eine Ausführungsform mit einer Vielfalt von Materialien ähnlichen Zwecks realisiert werden, wobei solche Materialien eine ähnliche Fähigkeit zum Bilden und Bewahren von IPEPs bieten und in einer Weise hergestellt werden können, wie hierin beschrieben.
Ferner werden in den Figuren und den veranschaulichenden Ausführungsformen vereinfachte Schaubilder der beispielhaften Strukturen, Elemente und Einheit(en) verwendet. Bei einer tatsächlichen Herstellung einer vorgeschlagenen Einheit können zusätzliche Strukturen, die hierin nicht dargestellt oder beschrieben werden, oder andere Strukturen als die hierin dargestellten oder beschriebenen vorliegen, ohne vom Umfang der veranschaulichenden Ausführungsformen abzuweichen. In ähnlicher Weise kann innerhalb des Umfangs der veranschaulichenden Ausführungsformen eine dargestellte oder beschriebene Struktur in der beispielhaften Einheit anders hergestellt werden, um einen ähnlichen Betrieb oder ein ähnliches Ergebnis zu erhalten wie hierin beschrieben.
Unterschiedlich schattierte Abschnitte in der zweidimensionalen Zeichnung der beispielhaften Strukturen, Schichten und Formationen sollen unterschiedliche Strukturen, Schichten und Formationen bei der beispielhaften Herstellung repräsentieren, wie hierin beschrieben. Zur Verdeutlichung der Darstellung können ähnliche Materialien unterschiedlich schattiert sein und unterschiedliche Materialien können ähnlich schattiert sein und sie können verwendet werden, wie in ihren entsprechenden Beschreibungen beschrieben. Die unterschiedlichen Strukturen, Schichten und Formationen können unter Verwendung geeigneter Materialien hergestellt werden, von denen dem Fachmann bekannt ist, dass sie zu derselben Klasse der hierin beschriebenen Materialien gehören.
Eine spezielle Form, Stelle, Position oder Dimension einer hierin abgebildeten Form soll die veranschaulichenden Ausführungsformen nicht beschränken, sofern nicht eine solche Eigenschaft ausdrücklich als ein Merkmal einer Ausführungsform beschrieben wird. Die Form, Stelle, Position, Dimension oder eine Kombination davon wird nur zur Verdeutlichung der Zeichnungen und der Beschreibung ausgewählt und kann gegenüber einer tatsächlichen Form, Stelle, Position oder Dimension, die bei der tatsächlichen Photolithographie verwendet werden könnte, um eine Aufgabe gemäß den veranschaulichenden Ausführungsformen zu erfüllen, vergrößert, minimiert oder auf andere Weise verändert worden sein.
Ferner werden die veranschaulichenden Ausführungsformen in Bezug auf eine spezielle tatsächliche oder hypothetische Halbleitereinheit lediglich als ein Beispiel beschrieben. Die Schritte, die von den verschiedenen veranschaulichenden Ausführungsformen beschrieben werden, können für eine Herstellung einer Vielfalt von optoelektronischen Einheiten in ähnlicher Weise angepasst werden und solche Anpassungen sind innerhalb des Umfangs der veranschaulichenden Ausführungsformen vorgesehen. Die speziellen Anordnungen der Kontakte werden ebenfalls lediglich als nicht-beschränkende Beispiele verwendet, um bestimmte Optionen zu beschreiben, die mit den veranschaulichenden Ausführungsformen möglich sind. Der Fachmann ist in der Lage, eine Ausführungsform anzuwenden, um in ähnlicher Weise für elektrischen Zugang zu einer Schicht oder Struktur zu sorgen, und eine solche Anwendung ist ebenfalls innerhalb des Umfangs der veranschaulichenden Ausführungsformen vorgesehen.
Wenn eine Ausführungsform in einer Anwendung realisiert wird, bewirkt sie, dass in einem Herstellungsverfahren bestimmte Schritte ausgeführt werden, wie hierin beschrieben. Die Schritte des Herstellungsverfahrens sind in den verschiedenen Figuren dargestellt. In einem speziellen Herstellungsverfahren müssen nicht alle Schritte notwendig sein. In solchen Herstellungsverfahren können die Schritte in anderer Reihenfolge realisiert werden, es können bestimmte Schritte kombiniert werden, bestimmte Schritte weggelassen oder ersetzt werden oder es kann eine Kombination dieser und anderer Manipulationen von Schritten durchgeführt werden, ohne vom Umfang der veranschaulichenden Ausführungsformen abzuweichen.
Eine Einheit einer hierin beschriebenen Ausführungsform weist eine wesentliche Weiterentwicklung der PEP-Optoelektronik auf. Ein Weise, ein ausgewähltes einzelnes Material zu konfigurieren und zu strukturieren, um eine IPEP-Formation zu bewirken, wie hierin beschrieben, ist in den derzeit verfügbaren Verfahren nicht verfügbar. Somit liegt eine wesentliche Weiterentwicklung solcher Einheiten oder Datenverarbeitungssysteme durch Ausführen eines Verfahrens einer Ausführungsform in einer verbesserten optoelektronischen Einheit und einem Herstellungsverfahren zur Herstellung der verbesserten optoelektronischen Einheiten, welche IPEPs erzeugen und verwenden.
Die veranschaulichenden Ausführungsformen werden lediglich als Beispiele in Bezug auf bestimmte Typen von Einheiten, elektrische Eigenschaften, Strukturen, Formationen, Schichten, Orientierungen, Richtungen, Schritte, Operationen, Ebenen, Materialien, Dimensionen, Anzahlen, Datenverarbeitungssysteme, Umgebungen, Komponenten und Anwendungen beschrieben. Alle speziellen Manifestierungen dieser und anderer ähnlicher Artefakte sollen die Erfindung nicht beschränken. Innerhalb des Umfangs der veranschaulichenden Ausführungsformen kann jede geeignete Manifestierung dieser und anderer ähnlicher Artefakte ausgewählt werden.
Die veranschaulichenden Ausführungsformen werden unter Verwendung eines speziellen Codes, spezieller Entwürfe, Architekturen, Protokolle, Layouts, Schemata und Werkzeuge lediglich als Beispiele beschrieben und beschränken die veranschaulichenden Ausführungsformen nicht. Ferner werden die veranschaulichenden Ausführungsformen in einigen Fällen unter Verwendung einer speziellen Software, spezieller Werkzeuge und Datenverarbeitungsumgebungen lediglich als ein Beispiel zur Verdeutlichung der Beschreibung beschrieben. Die veranschaulichenden Ausführungsformen können in Verbindung mit anderen vergleichbaren oder einem ähnlichen Zweck dienenden Strukturen, Systemen, Anwendungen oder Architekturen angewendet werden.
Die Beispiele in der vorliegenden Offenbarung werden nur zur Verdeutlichung der Beschreibung verwendet und beschränken die veranschaulichenden Ausführungsformen nicht. Anhand der vorliegenden Offenbarung sind weitere Strukturen, Operationen, Handlungen, Aufgaben, Aktivitäten und Manipulationen absehbar und selbige sind innerhalb des Umfangs der veranschaulichenden Ausführungsformen vorgesehen.
Alle hierin aufgelisteten Vorteile sind lediglich Beispiele und sollen die veranschaulichenden Ausführungsformen nicht beschränken. Durch spezielle veranschaulichende Ausführungsformen können weitere oder andere Vorteile realisiert werden. Ferner kann eine spezielle veranschaulichende Ausführungsform einige, alle oder keine der oben aufgelisteten Vorteile aufweisen.
Ein Substrat, das innerhalb des Umfangs der veranschaulichenden Ausführungsformen vorgesehen ist, kann unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Substratmaterials gebildet werden, wie zum Beispiel monokristallines Silicium (Si), Silicium-Germanium (SiGe), Silicium-Kohlenstoff (SiC), Verbindungshalbleiter, die durch Kombinieren von Elementen der Gruppe III des Periodensystems (z.B. Al, Ga, In) mit Elementen der Gruppe V des Periodensystems (z.B. N, P, As, Sb) erhalten werden (III-V-Verbindungshalbleiter), Verbindungen, die durch Kombinieren eines Metalls aus der Gruppe 2 oder 12 des Periodensystems und eines Nichtmetalls aus der Gruppe 16 (die Chalkogene, früher als Gruppe VI bezeichnet) erhalten werden (II-VI-Verbindungshalbleiter), oder Halbleiter-auf-Isolator (Semiconductor-on-Insulator, SOI). In einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Substrat eine vergrabene Oxidschicht (nicht dargestellt).
Kontakte, wie hierin beschrieben, sind elektrisch leitende metallische Kontakte. Ein Metallkontakt kann, ohne darauf beschränkt zu sein, unter Verwendung von Wolfram (W), Aluminium (Al) oder Kupfer (Cu), Kobalt (Co) gebildet oder gefüllt werden, was ferner eine Barriereschicht umfassen kann. Bei der Barriereschicht kann es sich, ohne darauf beschränkt zu sein, um Titannitrid (TiN), Tantalnitrid (TaN), Hafniumnitrid (HfN), Niobnitrid (NbN), Wolframnitrid (WN) oder Kombinationen davon handeln, wobei die Barriereschicht eine Diffusion und/oder eine Legierung des Metallkontakt-Füllmaterials mit dem oberen Source-Drain-Material und/oder dem Anoden-/Kathodenmaterial verhindern kann. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Barriereschicht durch ALD, CVD, MOCVD, PECVD oder Kombinationen davon formangepasst in dem Graben (den Gräben) abgeschieden werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Metallfüllung durch ALD, CVD und/oder PVD gebildet werden, um die elektrischen Kontakte zu bilden.
Zum Strukturieren, zum Ätzen, zum Aussparen und zu vielen anderen Zwecken kann eine Maske verwendet werden. Eine hierin vorgesehene Maske kann eine Photoresistmaske oder eine Opfer-Hartmaske sein.
Bezug nehmend auf 1, zeigt diese Figur ein Schema der Verbindung eines Exzitons und eines Plasmons in einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen, welches ein beispielhaftes Material für die Optoelektronik auf IPEP-Basis gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform ist. In dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen 100 ist das Plasmon 102 eine Ladungsoszillation, die mit einem optischen Feld gekoppelt ist. Das Exziton 104 ist ein gebundener Zustand, welcher ein Elektron und ein Defektelektron in dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen 100 aufweist. Das Kohlenstoff-Nanoröhrchen 100 stellt, wenn es in einem Band der Breite L geätzt wird, eine starke Kopplungsumgebung bereit, in welcher das Plasmon 102 und das Exziton 104 hybridisieren, um das hierin beschriebene IPEP 106 zu bilden. Das IPEP 106 weist Eigenschaften beider ungekoppelter Anregungen auf, d.h. des Plasmons 102 und des Exzitons 104.
Damit sich das IPEP 106 im Kohlenstoff-Nanoröhrchen 100 bildet und erhält, ist die Länge L - welche die Breite eines Bandes einer dicht gepackten Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhrchen 100 ist - ein kritischer Faktor. Größer als eine Schwellendichte der Kohlenstoff-Nanoröhrchen 100 in dem Band der Breite L ist ein anderer bedeutender Faktor beim Bilden und Erhalten des IPEP 106 im Kohlenstoff-Nanoröhrchen 100. Vorzugsweise ist eine Dünnschicht mit einer Dichte von mehr als 1 * 10⁵ Nanoröhrchen/Mikrometer² für das IPEP-Phänomen ausreichend, wenngleich eine höhere Dichte die Leistungsfähigkeit erhöht. In einem Versuch mit einer Ausführungsform wurde eine zweidimensionale Nanoröhrchendichte von 4 * 10⁵ Nanoröhrchen/Mikrometer² verwendet. Im Allgemeinen darf, damit die Exzitonen nicht durch freie Ladungen gelöscht werden, die freie Ladungsdichte in PEP-Einheiten nicht zu hoch sein. Diese niedrige Ladungsdichte bewirkt, dass die Plasmonresonanz eine niedrige Energie aufweist. Jedoch wird durch Erhöhen der Packungsdichte der Kohlenstoff-Nanoröhrchen die Ladungsdichte der Dünnschicht wirksam erhöht und somit bewirkt, dass die Plasmonresonanzen höhere Energien aufweisen, ohne die Exzitonen zu löschen. Für die Zwecke der veranschaulichenden Ausführungsformen ist eine hohe Plasmonresonanz wünschenswert, so dass das Energieniveau der Plasmonresonanz im Wesentlichen gleich hoch ist wie das Exzitonen-Energieniveau. Überdies nimmt, wenn alle anderen Faktoren gleich sind, die Kopplungsstärke zwischen Plasmonen und Exzitonen mit der Quadratwurzel der Packungsdichte der Nanoröhrchen zu. Deswegen ist, wenn die Kohlenstoff-Nanoröhrchen in dem Band dichter gepackt sind, die Kopplungsstärke zwischen Plasmonen und Exzitonen höher.
In einer optoelektronischen Einheit des Photodetektor-Typs, die unter Verwendung der IPEPs 106 in den Kohlenstoff-Nanoröhrchen 100 gebildet wird, erfassen die IPEPs 106 eine geeignete elektromagnetische Wellenlänge oder einen Bereich von Wellenlängen, umfassend beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, sichtbares Licht, durch Entwickeln einer Potentialdifferenz über einem Paar von Kontakten (nicht dargestellt). In einer optoelektronischen Einheit des Photoemitter-Typs, die unter Verwendung der IPEPs 106 in den Kohlenstoff-Nanoröhrchen 100 gebildet wird, emittieren die IPEPs 106 eine geeignete elektromagnetische Wellenlänge oder einen Bereich von Wellenlängen, umfassend beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, sichtbares Licht, wenn eine Potentialdifferenz über ein Paar von Kontakten (nicht dargestellt) angelegt wird.
Bezug nehmend auf 2, zeigt diese Figur eine Darstellung einer kristallisierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Dünnschicht gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform, welche zu Nanobändern geätzt ist, um als Plasmonen-Resonatoren zu fungieren. Wie in der Ansicht A dargestellt, weist das Band 202 eine Mehrzahl von dicht gepackten Kohlenstoff-Nanoröhrchen 100 auf, wie in 1 dargestellt. Das Band 202 weist eine Dicke „t“ und eine Breite L auf, wie in 1 beschrieben.
Als ein Beispiel kann eine Dünnschicht von kristallisierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen über einem Substrat abgeschieden werden, z.B. über dem Substrat 204, das in der Ansicht B zu sehen ist, welche eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Nanobändern ist, die in eine Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Dünnschicht geätzt sind. Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Dünnschicht weist die erforderliche Dichte von Kohlenstoff-Nanoröhrchen und eine Dicke t = 200 nm auf. Durch ein geeignetes Ätzverfahren wird die Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Dünnschicht in Bänder 202 der berechneten Breite L geätzt, welche im vorliegenden Beispiel auf ungefähr 1 Mikrometer (µm) berechnet ist. Wenn die Bänder 202 gebildet sind, könnte in Bereichen, von wo die Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Dünnschicht weggeätzt worden ist, das Substrat 204 frei liegen, wie in der Ansicht B dargestellt.
Bezug nehmend auf 3, zeigt diese Figur eine graphische Darstellung eines Verfahrens zum Bestimmen von L gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform. Der Wert von L, der unter Anwendung des Verfahrens bestimmt wird, das in dieser Figur dargestellt ist, ist zum Ätzen des Bandes 202 in 2 verwendbar.
Im Graph 300 sind Versuchsdaten aufgetragen, welche die Position der Absorptionsspitzen in den Nanobändern kristallisierter Nanoröhrchen-Dünnschichten gemäß einer Ausführungsform zeigen. Der Wellenvektor (q) auf der x-Achse ist eine inverse Funktion (f) von L und ist als f(L) definiert. In einer Ausführungsform wird die fundamentale Plasmonresonanz berücksichtigt und f(L) ist π/L.
Die weißen Markierungen (Punkte des Graphen, die als weiße Kreise dargestellt sind) repräsentieren die Absorption der Dünnschicht in einem Zustand hoher Ladungsträgerkonzentration, wobei es nur Plasmonresonanz gibt und Exzitonen gelöscht werden. Die Plasmonenenergie ist ω_p und ist als Graph 302 aufgetragen. Die schwarzen Markierungen (Punkte des Graphen, die als schwarze Kreise dargestellt sind) befinden sich in einem Zustand niedriger Ladungsträgerkonzentration, wobei Exzitonen und Plasmonen hybridisieren und dabei Exziton-Plasmon-Polaritonen erzeugen (deren Frequenz ω₊ und ω_-ist). Die beiden Polaritonzweige werden durch die Rabi-Frequenz (Ω) aufgespalten. Die bloße Exzitonenenergie ist ω₀ und ist als Graph 304 aufgetragen.
Der Punkt 306 ist der Schnittpunkt der Graphen 302 und 304 für ein gegebenes einzelnes Material, hier Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Am Punkt 306 sind das Energieniveau der Plasmonresonanz und die Energieniveaus der Exzitonen im Wesentlichen gleich, so dass stabile IPEPs gebildet werden. Der Wert des Wellenvektors auf der x-Achse am Punkt 306 ist f(L), woraus L für den Punkt 306 gemäß der inversen Funktion f berechnet werden kann.
Bezug nehmend auf 4, zeigt diese Figur ein Blockschaubild einer optoelektronischen Einheit auf IPEP-Basis gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform. Die Ansicht 400 ist eine Rissansicht einer vereinfachten Darstellung einer Photodiode(neinheit) auf IPEP-Basis.
Die Einheit in der Ansicht 400 weist die Kontakte 402 und 404 auf, welche unter Verwendung eines geeigneten Metalls oder anderen Materials gebildet werden. Die Kontakte 402 und 404 sind mit dem Band 202 elektrisch verbunden, welches die Dicke „t“ und die Breite L (in dieser Ansicht nicht zu sehen) aufweist und unter Verwendung einer Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhrchen 100 gebildet wird, wie hierin beschrieben. Die Einheit in der Ansicht 400 kann unter Verwendung der Kontakte 402 und 404 mit einer externen Schaltung verbunden werden.
Bezug nehmend auf 5, zeigt diese Figur ein Blockschaubild einer anderen Ansicht der optoelektronischen Einheit auf IPEP-Basis gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform. Die Ansicht 500 ist eine Draufsicht auf die beispielhafte Photodiode auf IPEP-Basis, die in Bezug auf 4 dargestellt und beschrieben wird. In dieser beispielhaften Realisierung zeigt die Ansicht 500 das Band 202 der Breite L, eingebettet zwischen den Kontakten 402 und 404. Auf diese Weise kann eine beliebige Anzahl an Bändern 202 hergestellt werden. Eine Ausführungsform bewirkt die Herstellung eines oder beider der Kontakte 402 und 404 derart, dass die Kontakte 402 bis 404 die Oberfläche des Bandes 202 entweder teilweise oder vollständig bedecken, was von den Materialien abhängt, die für die Kontakte 402 bis 404 verwendet werden.
Wenn beispielsweise das Material für die Kontakte 402 und 404 transparent oder teilweise transparent für Licht oder realisierungsspezifische elektromagnetische Wellenlängen ist, kann der dem Licht zugewandte Kontakt aus den Kontakten 402 bis 404, z.B. der Kontakt 402, so ausgebildet sein, dass er die Gesamtheit der Oberfläche auf der Seite des Bandes 202 abdeckt, das dem Kontakt 402 zugewandt ist. Der Kontakt 404 kann unter Verwendung desselben oder eines anderen Materials als das des Kontakts 402 gebildet werden.
Wenn hingegen das Material für den dem Licht zugewandten Kontakt 402 für Licht oder realisierungsspezifische elektromagnetische Wellenlängen nicht transparent genug oder vollständig opak ist, kann der Kontakt 402 so ausgebildet sein, dass er die Oberfläche auf der Seite des Bandes 202, die dem Licht zugewandt ist, nur minimal abdeckt.
Bezug nehmend auf 6, zeigt diese Figur ein Blockschaubild einer optoelektronischen Einheit auf IPEP-Basis gemäß einer anderen veranschaulichenden Ausführungsform. Die Ansicht 600 ist eine Draufsicht auf eine beispielhafte Photodiode auf IPEP-Basis, die unter Verwendung des Kontakts 602, des Kontakts 604 und einer beliebigen Anzahl an Bändern 202 gebildet wird. Die Kontakte 602 und 604 ähneln funktionell den Kontakten 402 und 404, können aber unter Verwendung anderer Materialien gebildet werden und sind anders als die Kontakte 402 bis 404 angeordnet, wie in 6 dargestellt.
In dieser Realisierung sind die Kontakte 602 bis 604, anders als bei der Realisierung der 4 bis 5, elektrisch mit Bändern 202 von Nanoröhrchen-Plasmon-Exziton-Resonatoren verbunden und sind seitlich angeordnet (d.h. entlang der Breite des Bandes 202), anstatt auf der Oberseite und der Unterseite der Bänder 202. Die seitliche Anordnung kann sich gegebenenfalls teilweise über die Oberfläche des Bandes 202 erstrecken, um die Zuverlässigkeit des elektrischen Kontakts mit dem Band 202 zu verbessern.
Diese Realisierung ermöglicht, dass bei der Herstellung im Wesentlichen kein Kontaktmaterial auf der Lichteinfallsfläche des Bandes 202 angeordnet wird, welches Licht, das auf die Struktur einfällt, teilweise reflektieren und absorbieren könnte. Sofern nicht geeignete Verhinderungsmaßnahmen getroffen werden, kann diese Realisierung ermöglichen, dass Wärme aus dem absorbierten Licht in das Substrat 606 strömt und verschwendet wird, anstatt in die Kontakte 602 bis 604 zu strömen, wo sie als photothermoelektrischer Strom messbar ist.
Bezug nehmend auf 7, zeigt diese Figur ein Blockschaubild einer weiteren optoelektronischen Einheit auf IPEP-Basis gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform. Die Ansicht 700 ist eine Draufsicht auf eine weitere beispielhafte Photodiode auf IPEP-Basis, die unter Verwendung des Kontakts 702, des Kontakts 704 und einer beliebigen Anzahl an Bändern 202 gebildet wird. Die Kontakte 702 und 704 ähneln funktionell den Kontakten 402 und 404 oder den Kontakten 602 und 604, können aber unter Verwendung anderer Materialien gebildet werden und sind anders als die Kontakte 402 bis 404 oder 602 bis 604 angeordnet, wie in 7 dargestellt.
In dieser Realisierung sind die Kontakte 702 bis 704, anders als bei der Realisierung der 4-5-6, elektrisch mit Bändern 202 von Nanoröhrchen-Plasmon-Exziton-Resonatoren verbunden und sind seitlich angeordnet, aber verzahnt, d.h. die Kontakte 702 und 704 sind beide auf der Lichteinfallsfläche der Bänder 202 ausgebildet, aber in einem ausreichenden Isolierungsabstand voneinander. Auf diese Weise kann eine beliebige Anzahl an fingerartigen Vorsprüngen für jeden Kontakt 702 oder 704 gebildet werden und die Anzahl an Vorsprüngen muss für die Kontakte 702 und 704 nicht gleich sein. Außerdem müssen sich die Vorsprünge nicht einer nach dem anderen abwechseln. Beispielsweise kann ein Vorsprung des Kontakts 704 null, einem, zwei oder mehreren Vorsprüngen des Kontakts 702 folgen oder umgekehrt.
Diese Realisierung ermöglicht, dass bei der Herstellung die Kontakte in einer höheren räumlichen Frequenz angeordnet werden, um das Signal von den Photodioden effizienter aufzunehmen. Die Materialien, die für die Kontakte 702 und 704 verwendet werden, sind in einer Ausführungsform die gleichen und in einer anderen Ausführungsform verschiedene. In einer Ausführungsform sind die Materialien, die für die Kontakte 702 und 704 verwendet werden, zumindest teilweise transparent, um zu ermöglichen, dass elektromagnetische Strahlung einer gewünschten Wellenlänge das Band 202 erreicht. In einer Ausführungsform kann zwischen dem Substrat 706 und dem Band 202 ein geeigneter Wärmeisolator ausgebildet sein, um einen Wärmeverlust von dem Band 202 zu dem Substrat 706 abzumildern.
Bezug nehmend auf 8, zeigt diese Figur eine Folge von Blockschaubildern, welche eine beispielhafte Operation einer optoelektronischen Einheit des Photodetektor-Typs auf IPEP-Basis veranschaulichen, gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform. Die Operation 800 ist in vier groben Schritten dargestellt - A, B, C und D, und wird unter Verwendung einer optoelektronischen Einheit auf IPEP-Basis durchgeführt, die auf einer hierin beschriebenen Weise hergestellt wird. Die Einheit, die bei der Operation 800 verwendet wird, umfasst ein oder mehrere Bänder 202, den Kontakt 1 - welcher einem der Kontakte 402, 602 oder 702 entspricht, und den Kontakt 2 - welcher entsprechend einem der Kontakte 404, 604 oder 704 entspricht.
Im Schritt A wird bewirkt, das sichtbares Licht oder eine andere elektromagnetische Strahlung einer geeigneten Wellenlänge auf die Einheit einfällt. Im Schritt B regt die einfallende Strahlung Plasmon-Exziton-Polaritonen im Band 202 an. Im Schritt C zerfallen die Plasmon-Exziton-Polaritonen zu Wärme 804. Im Schritt D kann die Wärme 804 aufgrund des photothermoelektrischen Effekts als Potentialdifferenz 806 (V) am Kontakt 1 und Kontakt 2 beobachtet werden.
Bezug nehmend auf 9, zeigt diese Figur eine Folge von Blockschaubildern, welche eine beispielhafte Operation einer optoelektronischen Einheit des Photoemitter-Typs auf IPEP-Basis veranschaulichen, gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform. Die Operation 900 ist in drei groben Schritten dargestellt - A, B und C, und wird unter Verwendung einer optoelektronischen Einheit auf IPEP-Basis durchgeführt, die auf einer hierin beschriebenen Weise hergestellt wird. Die Einheit, die bei der Operation 900 verwendet wird, umfasst ein oder mehrere Bänder 202, den Kontakt 1 - welcher einem der Kontakte 402, 602 oder 702 entspricht, den Kontakt 2 - welcher entsprechend einem der Kontakte 404, 604 oder 704 entspricht, und ein Heizelement, welches mit dem Kontakt 1 und dem Kontakt 2 verbunden ist, um eine Mikroheizvorrichtung zu bilden.
Im Schritt A wird ein elektrischer Strom 902 durch eine Mikroheizvorrichtung geleitet, die unter Verwendung des Kontakts 1 und des Kontakts 2 gebildet wird. Die Mikroheizvorrichtung erzeugt durch das Durchfließen des elektrischen Stroms 902 Wärme und wendet die Wärme auf das Band 202 an oder überführt die Wärme auf das Band 202. Im Schritt B regt die Wärme IPEPs im Band 202 an. Im Schritt C zerfallen die IPEPs im Band 202 zu Photonen, so dass aufgrund des photothermoelektrischen Effekts sichtbares Licht oder eine andere elektromagnetische Strahlung 904 einer geeigneten Wellenlänge ausgegeben wird.
Bezug nehmend auf 10, zeigt diese Figur eine Folge von Blockschaubildern, welche eine beispielhafte Operation einer anderen optoelektronischen Einheit des Photoemitter-Typs auf IPEP-Basis veranschaulichen, gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform. Die Operation 1000 ist in drei groben Schritten dargestellt - A, B und C, und wird unter Verwendung einer optoelektronischen Einheit auf IPEP-Basis durchgeführt, die auf einer hierin beschriebenen Weise hergestellt wird. Die Einheit, die bei der Operation 1000 verwendet wird, umfasst ein oder mehrere Bänder 202, den Kontakt 1 - welcher einem der Kontakte 402, 602 oder 702 entspricht, und den Kontakt 2 - welcher entsprechend einem der Kontakte 404, 604 oder 704 entspricht.
Im Schritt A wird ein elektrischer Strom 1002 direkt durch das Band 202 geleitet. Im Schritt B regt das Durchfließen von Strom 1002 durch das Band 202 IPEPs im Band 202 an. Im Schritt C zerfallen die IPEPs im Band 202 zu Photonen, so dass aufgrund des photothermoelektrischen Effekts sichtbares Licht oder eine andere elektromagnetische Strahlung 1004 einer geeigneten Wellenlänge ausgegeben wird.
Bezug nehmend auf 11, zeigt diese Figur einen Ablaufplan eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung einer optoelektronischen Einheit auf IPEP-Basis gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform. Das Verfahren 1100 kann in einer Software-Anwendung oder einem Herstellungssystem realisiert werden, um das Herstellungssystem so zu betreiben, dass die hierin beschriebenen Schritte ausgeführt werden.
In einer Ausführungsform, welche das Verfahren 1100 realisiert, wird ein geeignetes Material ausgewählt, welches IPEPs beherbergen kann, wie z.B., ohne darauf beschränkt zu sein, eine Dünnschicht einer Dicke „t“, welche dicht gepackte Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweist (Block 1102). In der Ausführungsform wird eine Länge L des Materials berechnet, bei welcher das Energieniveau von Plasmonen in dem Material im Wesentlichen die gleiche Höhe aufweist wie das Energieniveau von Exzitonen (Block 1104). In der Ausführungsform wird das Material auf einem Substrat abgeschieden, wie z.B., ohne darauf beschränkt zu sein, auf Silicium (Block 1106). In der Ausführungsform wird die Materialdünnschicht zu einem Band geätzt, so dass das Band eine Breite L aufweist (Block 1108). Anschließend wird in der Ausführungsform das Verfahren 1100 beendet.
Bezug nehmend auf 12, zeigt diese Figur einen Ablaufplan eines anderen beispielhaften Verfahrens zur Herstellung und zum Betreiben einer optoelektronischen Einheit auf IPEP-Basis gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform. Das Verfahren 1200 kann in einer Software-Anwendung oder einem Herstellungssystem realisiert werden, um das Herstellungssystem so zu betreiben, dass die hierin beschriebenen Schritte ausgeführt werden.
Eine Ausführungsform, welche das Verfahren 1200 realisiert, bewirkt, dass ein Herstellungssystem ein Paar von Kontakten in elektrischer Verbindung mit dem Band herstellt, das im Verfahren 1100 gebildet wird (Block 1202). In der Ausführungsform wird sichergestellt, dass Licht oder eine geeignete elektromagnetische Strahlung durch die Kontakte dringen oder um diese herum gelangen kann, um das Band zu erreichen (Block 1204).
In der Ausführungsform wird die Einheit, welche das Band und die Kontakte aufweist, Licht oder einer geeigneten Strahlung ausgesetzt, um die IPEPs in dem Band anzuregen (Block 1206). In der Ausführungsform wird bewirkt, dass die angeregten IPEPs zerfallen und eine Potentialdifferenz über die Kontakte entwickeln (Block 1208). Anschließend wird in der Ausführungsform das Verfahren 1200 beendet.
Bezug nehmend auf 13, zeigt diese Figur einen Ablaufplan eines weiteren Verfahrens zur Herstellung und zum Betreiben einer optoelektronischen Einheit auf IPEP-Basis gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform. Das Verfahren 1300 kann in einer Software-Anwendung oder einem Herstellungssystem realisiert werden, um das Herstellungssystem so zu betreiben, dass die hierin beschriebenen Schritte ausgeführt werden
Eine Ausführungsform, welche das Verfahren 1300 realisiert, bewirkt, dass das Herstellungssystem ein Heizelement herstellt, welches thermisch mit dem Band verbunden ist, das im Verfahren 1100 gebildet wird (Block 1302). In der Ausführungsform wird Wärme auf das Band angewendet, indem ein elektrischer Strom durch das Heizelement geleitet wird (Block 1304). In der Ausführungsform werden aufgrund der angewendeten Wärmeenergie die IPEPs in dem Band angeregt (Block 1306). Die Ausführungsform bewirkt, dass die IPEPs zu Photonen zerfallen, wodurch bewirkt wird, dass die Einheit Licht oder eine elektromagnetische Strahlung einer anderen Wellenlänge emittiert (Block 1308). Anschließend wird in der Ausführungsform das Verfahren 1300 beendet.
Obwohl bestimmte Schritte und Verfahren mit bestimmten Strukturen beschrieben werden, versteht es sich, dass die Schritte und/oder Verfahren innerhalb des Umfangs der veranschaulichenden Ausführungsformen angepasst werden können, um beliebige der hierin beschriebenen Strukturvariationen herzustellen. Obwohl in mehreren Schichten oder Strukturen bestimmte Materialien verwendet werden, versteht es sich, dass innerhalb des Umfangs der veranschaulichenden Ausführungsformen an allen hierin beschriebenen Schichten statt der beschriebenen Materialien Ersatzmaterialien oder andere, aber funktionell äquivalente Materialien verwendet werden können. Obwohl in bestimmten Schritten bestimmte Herstellungsverfahren angewendet worden sind, versteht es sich, dass in einem beschriebenen Schritt innerhalb des Umfangs der veranschaulichenden Ausführungsformen ein Herstellungsverfahren weggelassen, hinzugefügt oder modifiziert werden kann, um aus der Halbleiterstruktur ein funktionell ähnliches Ergebnis zu erzielen. Obwohl bestimmte Operationen als ein „Schritt“ beschrieben werden, können mehrere Operationen miteinander kombiniert werden, um einen einzelnen Herstellungsschritt in einem hierin beschriebenen Verfahren zu bilden. Obwohl bestimmte Orientierungen als „oben“ und „unten“ in Bezug auf eine beispielhafte vertikale Orientierung der vorgeschlagenen Einheit bezeichnet worden sind, versteht es sich, dass die Einheit seitlich umorientiert werden kann, so dass oben und unten zu links/rechts oder rechts/links oder unten und oben oder vom/hinten oder hinten/vom wird, je nach der Art der Umorientierung.
Somit werden in den veranschaulichenden Ausführungsformen eine Halbleitereinheit, ein Herstellungsverfahren dafür und ein Herstellungssystem oder eine Vorrichtung dafür unter Verwendung einer Software-Realisierung des Verfahrens für optoelektronische Einheiten auf Grundlage von intrinsischen Plasmon-Exziton-Polaritonen und anderen darauf bezogenen Merkmalen, Funktionen oder Operationen bereitgestellt. Wo eine Ausführungsform oder ein Teil davon in Bezug auf einen Typ einer Halbleitereinheit beschrieben wird, sind das Herstellungsverfahren, das Herstellungssystem oder die Herstellungsvorrichtung, die Software-Realisierung oder ein Teil davon für eine Verwendung mit einer anderen Manifestierung dieses Typs der Einheit anpassbar oder konfigurierbar.
Die vorliegende Erfindung kann eine Halbleitereinheit, ein System, ein Verfahren und/oder ein Computerprogrammprodukt in jeder möglichen Integrationsstufe technischer Details sein. Das Computerprogrammprodukt kann ein computerlesbares Speichermedium (oder computerlesbare Speichermedien) mit computerlesbaren Programmbefehlen darauf umfassen, um zu bewirken, dass ein Prozessor Aspekte der vorliegenden Erfindung ausführt. Ein computerlesbares Speichermedium, welches, wie hierin verwendet, computerlesbare Speichereinheiten umfasst, ohne darauf beschränkt zu sein, ist nicht so auszulegen, dass es sich dabei per se um flüchtige Signale handelt, wie z.B. Funkwellen oder andere sich frei ausbreitende elektromagnetische Wellen, elektromagnetische Wellen, die sich durch einen Wellenleiter oder andere Übertragungsmedien ausbreiten (z.B. Lichtimpulse, die durch ein faseroptisches Kabel geleitet werden), oder elektrische Signale, die durch einen Draht übertragen werden.
Computerlesbare Programmbefehle, die hierin beschrieben werden, können von einem computerlesbaren Speichermedium auf entsprechende Rechen-/ Verarbeitungseinheiten oder über ein Netzwerk, zum Beispiel das Internet, ein Local Area Network, ein Wide Area Network und/oder ein drahtloses Netzwerk, auf einen externen Computer oder eine externe Speichereinheit heruntergeladen werden.

Claims

Halbleitereinheit, aufweisend: ein Band (202) einer Dicke und einer Breite, wobei ein Material des Bandes dafür konfiguriert ist, Exzitonen ebenso wie Plasmonen zu beherbergen, und wobei die Breite eine inverse Funktion eines Wellenvektorwerts ist, bei welchem ein Energieniveau von Plasmonen in dem Material gleich hoch ist wie ein Energieniveau von Exzitonen in dem Material, wobei die gleichen Energien der Plasmonen und der Exzitonen in dem Band eine Anregung intrinsischer Plasmon-Exziton-Polaritonen in dem Band bewirken; einen ersten Kontakt (402, 602), der mit einer ersten Stelle auf dem Band elektrisch verbunden ist; und einen zweiten Kontakt (404, 604), der mit einer zweiten Stelle auf dem Band elektrisch verbunden ist.
Halbleitereinheit nach Anspruch 1, wobei das Band der Breite aus einer Dünnschicht des Materials geätzt ist, das auf einem Substrat abgeschieden ist.
Halbleitereinheit nach Anspruch 1, wobei die Einheit eine optoelektronische Einheit eines Photodetektor-Typs auf Basis intrinsischer Plasmon-Exziton-Polaritonen ist, wobei das Band eine elektromagnetische Strahlung einer Frequenz empfängt, wobei die elektromagnetische Strahlung die Anregung von intrinsischen Plasmon-Exziton-Polaritonen in dem Band bewirkt, und wobei die intrinsischen Plasmon-Exziton-Polaritonen zerfallen und dabei eine Potentialdifferenz zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt erzeugen.
Halbleitereinheit nach Anspruch 3, wobei die elektromagnetische Strahlung der Frequenz Licht einer Frequenz in einem sichtbaren Bereich eines elektromagnetischen Frequenzspektrums aufweist.
Halbleitereinheit nach Anspruch 1, wobei die Einheit eine optoelektronische Einheit eines Photoemitter-Typs auf Basis intrinsischer Plasmon-Exziton-Polaritonen ist, wobei von dem ersten Kontakt zu dem zweiten Kontakt ein elektrischer Strom durchgeleitet wird, wobei der elektrische Strom die Anregung von intrinsischen Plasmon-Exziton-Polaritonen in dem Band bewirkt, und wobei die intrinsischen Plasmon-Exziton-Polaritonen zerfallen und dabei eine elektromagnetische Strahlung einer Frequenz erzeugen.
Halbleitereinheit nach Anspruch 5, wobei der elektrische Strom direkt durch das Band geleitet wird, um die Anregung der intrinsischen Plasmon-Exziton-Polaritonen in dem Band zu bewirken.
Halbleitereinheit nach Anspruch 5, ferner aufweisend: ein Heizelement, wobei das Heizelement mit dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt elektrisch verbunden ist, wobei das Heizelement mit dem Band thermisch verbunden ist, und wobei der elektrische Strom durch das Heizelement geleitet wird, um Wärme auf das Band zu übertragen, wobei die Wärme die Anregung der intrinsischen Plasmon-Exziton-Polaritonen in dem Band bewirkt.
Halbleitereinheit nach Anspruch 1, wobei die erste Stelle und die zweite Stelle der Breite nach an gegenüberliegenden Enden des Bandes angeordnet sind.
Halbleitereinheit nach Anspruch 1, wobei die erste Stelle und die zweite Stelle der Länge nach auf einer Seite des Bandes angeordnet sind, die eine elektromagnetische Strahlung einer Frequenz empfängt.
Halbleitereinheit nach Anspruch 1, wobei der erste Kontakt unter Verwendung eines ersten Materials gebildet wird, welches zumindest teilweise transparent für eine elektromagnetische Strahlung einer Frequenz ist.
Halbleitereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material des Bandes eine Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhrchen (100) aufweist, so dass die Mehrzahl von Kohlenstoff-Nanoröhrchen eine spezifizierte Dichte in dem Band erreicht.
Halbleitereinheit nach Anspruch 1, wobei das Material des Bandes ein zweidimensionales Material (2D-Material) aufweist.
Halbleiter-Herstellungssystem, aufweisend einen Prozessor, einen computerlesbaren Speicher, und eine computerlesbare Speicherungseinheit und auf der Speicherungseinheit gespeicherte Programmbefehle zur Ausführung durch die Prozessoren über die Speicher, wobei die gespeicherten Programmbefehle bewirken, dass das Herstellungssystem Operationen durchführt, aufweisend: Bilden eines Bandes (202) einer Dicke und einer Breite, wobei ein Material des Bandes dafür konfiguriert ist, Exzitonen ebenso wie Plasmonen zu beherbergen, und wobei die Breite eine inverse Funktion eines Wellenvektorwerts ist, bei welchem ein Energieniveau von Plasmonen in dem Material gleich hoch ist wie ein Energieniveau von Exzitonen in dem Material, wobei die gleichen Energien der Plasmonen und der Exzitonen in dem Band eine Anregung intrinsischer Plasmon-Exziton-Polaritonen in dem Band bewirken; Bilden eines ersten Kontakts (402, 602), der mit einer ersten Stelle auf dem Band elektrisch verbunden ist; und Bilden eines zweiten Kontakts (404, 604), der mit einer zweiten Stelle auf dem Band elektrisch verbunden ist.
Halbleiter-Herstellungssystem nach Anspruch 13, wobei das Band der Breite aus einer Dünnschicht des Materials geätzt wird, das auf einem Substrat abgeschieden wird.
Halbleiter-Herstellungssystem nach Anspruch 13, wobei die Einheit eine optoelektronische Einheit eines Photodetektor-Typs auf Basis intrinsischer Plasmon-Exziton-Polaritonen ist, wobei das Band eine elektromagnetische Strahlung einer Frequenz empfängt, wobei die elektromagnetische Strahlung die Anregung von intrinsischen Plasmon-Exziton-Polaritonen in dem Band bewirkt, und wobei die intrinsischen Plasmon-Exziton-Polaritonen zerfallen und dabei eine Potentialdifferenz zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt erzeugen.
Halbleiter-Herstellungssystem nach Anspruch 15, wobei die elektromagnetische Strahlung der Frequenz Licht einer Frequenz in einem sichtbaren Bereich eines elektromagnetischen Frequenzspektrums aufweist.
Halbleiter-Herstellungssystem nach Anspruch 17, wobei die Einheit eine optoelektronische Einheit eines Photoemitter-Typs auf Basis intrinsischer Plasmon-Exziton-Polaritonen ist, wobei von dem ersten Kontakt zu dem zweiten Kontakt ein elektrischer Strom durchgeleitet wird, wobei der elektrische Strom die Anregung von intrinsischen Plasmon-Exziton-Polaritonen in dem Band bewirkt, und wobei die intrinsischen Plasmon-Exziton-Polaritonen zerfallen und dabei eine elektromagnetische Strahlung einer Frequenz erzeugen.
Verfahren (1100), aufweisend: Bilden (1108) eines Bandes einer Dicke und einer Breite, wobei ein Material des Bandes dafür konfiguriert ist, Exzitonen ebenso wie Plasmonen zu beherbergen, und wobei die Breite eine inverse Funktion eines Wellenvektorwerts ist, bei welchem ein Energieniveau von Plasmonen in dem Material gleich hoch ist wie ein Energieniveau von Exzitonen in dem Material, wobei die gleichen Energien der Plasmonen und der Exzitonen in dem Band eine Anregung intrinsischer Plasmon-Exziton-Polaritonen in dem Band bewirken; Bilden (1202) eines ersten Kontakts, der mit einer ersten Stelle auf dem Band elektrisch verbunden ist; und Bilden (1202) eines zweiten Kontakts, der mit einer zweiten Stelle auf dem Band elektrisch verbunden ist.