无需光刻、可精确定位的硅纳米线锗量子点，实现高达50开尔文工作的单空穴晶体管

本文介绍了一种名为‘台阶限域异质前驱体供给’（sc-HPS）的新方法，用于在硅纳米线（SiNW）中精准制造锗（Ge）量子点（QD），从而构建单空穴晶体管（SHT）。传统量子点制备依赖电子束光刻等复杂纳米加工技术，成本高、难量产；而本方法巧妙避开光刻——先在硅片上刻出引导台阶，再斜向切割一层二氧化硅/非晶锗叠层，使锗前驱体仅暴露在台阶侧壁的窄条区域；随后引入铟（In）催化剂液滴，当其沿台阶移动至该斜切边缘时，优先吸收暴露的锗，从而在预定位置原位长出直径25–150纳米的锗量子点，并被两侧硅纳米线“夹住”，形成SiNW/Ge-QD/SiNW轴向异质结构。这种结构具有原子级锐利的硅/锗界面和强价带偏移，天然实现对单个空穴的三维空间与界面联合束缚。基于该结构制成的单空穴晶体管，在50 K（约零下223摄氏度）低温下仍稳定呈现清晰的库仑振荡和库仑菱形，证实了单空穴充放电行为。研究还系统阐明了锗量子点尺寸与前驱体厚度、斜切角度、催化剂液滴大小之间的定量关系，实现了从约20纳米到150纳米的可控调节，并验证了该方法可拓展至玻璃、柔性聚合物等非传统衬底。此外，该技术完全兼容主流CMOS芯片工艺，无需昂贵光刻设备，具备规模化制造潜力，为未来空穴型量子计算、超高灵敏度传感器及硅基自旋量子比特提供了切实可行的技术方案。