[發(fā)明專利]一種基于有序介孔的單電子晶體管及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910042585.2
• 申請(qǐng)日: 2009-01-22
• 公開（公告）號(hào): CN101478003A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 池雅慶;張學(xué)驁;仲海欽;方糧;常勝利;賈紅輝;隋兵才;周海亮;孫鶴;張超;楊學(xué)軍;王正明;唐玉華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/78
• 分類號(hào): H01L29/78;H01L21/336;B82B3/00
• 代理公司: 國防科技大學(xué)專利服務(wù)中心
• 代理人: 郭 敏

1.一種基于有序介孔的單電子晶體管，包括襯底(1)、源極(2)、漏極(3)、柵極(4)和絕緣層(7)，其特征在于基于有序介孔的單電子晶體管還包括有序介孔層(6)；源極(2)和漏極(3)位于襯底(1)表面，有序介孔層(6)位于襯底(1)表面且位于源極(2)和漏極(3)之間，有序介孔層(6)的有序介孔中組裝有作為單電子晶體管的量子點(diǎn)的納米粒子(5)，絕緣層(7)覆蓋于有序介孔層(6)的上面，柵極(4)位于絕緣層(7)的上面；襯底(1)采用表面平整的絕緣體或表面上有一層平整絕緣體的半導(dǎo)體材料或?qū)w材料制成；有序介孔層(6)采用介孔孔徑d1為1nm至8nm、孔壁厚度d2為1nm至3nm的絕緣有序介孔材料制成，通過溶膠自組織法或電泳法制備于襯底(1)表面；有序介孔中組裝的納米粒子(5)特征尺寸即器件能夠?qū)崿F(xiàn)的最小長度d3為0.5nm至8nm；絕緣層(7)濺射、蒸發(fā)或沉積于有序介孔層(6)上面，為致密結(jié)實(shí)的絕緣介電材料；柵極(4)制備于絕緣層(7)上面，柵極(4)覆蓋源極(2)和漏極(3)之間的量子點(diǎn)；源極(2)、漏極(3)、柵極(4)、納米粒子(5)均采用金屬——Au、W、Ti、Pt、Ag、Al、Ni、Cu、Fe以及它們之間的任意的復(fù)合層或由P、N、As、B摻雜到Si、Ge、SiGe、GaN、GaAs、InP半導(dǎo)體材料中的復(fù)合材料制成。

2.如權(quán)利要求1所述的基于有序介孔的單電子晶體管，其特征在于襯底(1)采用玻璃、表面有一層厚度為50nm至50um的二氧化硅的單晶硅或三氧化二鋁Al₂O₃，襯底(1)厚度h1為400um至2mm。

3.如權(quán)利要求1所述的基于有序介孔的單電子晶體管，其特征在于源極(2)?和漏極(3)厚度h2為5nm至500nm，源極(2)和漏極(3)之間的距離d4為5nm至20nm，采用W、Al、Pt材料制備。

4.如權(quán)利要求1所述的基于有序介孔的單電子晶體管，其特征在于有序介孔層(6)采用二氧化硅SiO₂有序介孔材料或三氧化二鋁Al₂O₃有序介孔材料，厚度h3為50nm至500nm，介孔孔壁厚度為1nm至2nm。

5.如權(quán)利要求1所述的基于有序介孔的單電子晶體管，其特征在于有序介孔中組裝的納米粒子(5)采用Au或Pt材料制作，特征尺寸d3為1nm至8nm。

6.如權(quán)利要求1所述的基于有序介孔的單電子晶體管，其特征在于絕緣層(7)厚度h4為3nm至30nm，采用二氧化硅SiO₂和二氧化鈦TiO₂材料制成。

7.如權(quán)利要求1所述的基于有序介孔的單電子晶體管，其特征在于源極(2)、漏極(3)、柵極(4)采用W、Al、Pt材料，柵極(4)厚度h5為5nm至500nm。

8.一種基于有序介孔的單電子晶體管制備方法，其特征在于包括以下步驟：

第一步，采用表面平整的絕緣體或表面上有一層平整絕緣體的半導(dǎo)體材料或?qū)w材料制備清潔平整絕緣的襯底(1)；

第二步，制備有序介孔層(6)、源極(2)和漏極(3)，方法是：先在襯底(1)表面制備組裝有納米粒子(5)的有序介孔層(6)，然后在組裝有納米粒子(5)的有序介孔層(6)的周圍制備源極(2)和漏極(3)；或先在襯底(1)表面制備源極(2)和漏極(3)，然后在源極(2)和漏極(3)之間制備組裝有納米粒子(5)的有序介孔層(6)；或先在襯底(1)表面制?備源極(2)和漏極(3)的一部分，然后在源極(2)和漏極(3)之間制備組裝有納米粒子(5)的有序介孔層(6)，最后制備源極(2)和漏極(3)的剩余部分；或先在襯底(1)表面制備源極(2)和漏極(3)的一部分，然后在源極(2)和漏極(3)之間制備有序介孔層(6)，再制備剩余部分的源極(2)和漏極(3)，最后在有序介孔層(6)中組裝納米粒子(5)；源極(2)和漏極(3)采用光刻、電子束光刻、離子束光刻、聚焦電子束誘導(dǎo)沉積聚焦離子束誘導(dǎo)沉積、干法刻蝕或濕法刻蝕的方法制備；制備組裝有納米粒子(5)的有序介孔層(6)的方法為：有序介孔層(6)采用絕緣有序介孔材料，利用溶膠自組織法或電泳法制備在襯底(1)表面，介孔孔徑d1為1nm至8nm、孔壁厚度d2為1nm至3nm；納米粒子(5)尺寸d3為0.5nm至8nm，采用如下方法組裝到介孔中：1)通過化學(xué)反應(yīng)和自組織生長的方法在介孔中生長納米粒子(5)，2)通過沉積或?yàn)R射的方法使納米粒子(5)進(jìn)入介孔，3)通過液體滲透的方法，使納米粒子(5)滲透進(jìn)入介孔；源極(2)、漏極(3)、納米粒子(5)均采用金屬——Au、W、Ti、Pt、Ag、Al、Ni、Cu、Fe以及它們之間的任意的復(fù)合層或由P、N、As、B摻雜到Si、Ge、SiGe、GaN、GaAs、InP半導(dǎo)體材料中的復(fù)合材料制成；

第三步，制備絕緣層(7)，方法為：在組裝有納米粒子(5)的有序介孔層(6)上面采用濺射、蒸發(fā)或沉積的方法制備絕緣介電材料;

第四步，在絕緣層(7)的上面制備柵極(4)，方法為：利用光刻、電子束光刻、離子束光刻、聚焦電子束誘導(dǎo)沉積、聚焦離子束誘導(dǎo)沉積、干法刻蝕或濕法刻蝕的方法制備柵極(4)，柵極(4)的材料采用金屬——Au、W、Ti、Pt、Ag、Al、Ni、Cu、Fe以及它們之間的任意的復(fù)合層或由P、N、?As、B摻雜到Si、Ge、SiGe、GaN、GaAs、InP半導(dǎo)體材料中的復(fù)合材料。?