[發明專利]一種超導場效應晶體管、其制作方法及應用方法

有效

• 申請號: 201210141005.7
• 申請日: 2012-05-08
• 公開（公告）號: CN102664153A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 肖德元
• 申請（專利權）人: 肖德元
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L29/36;H01L29/78
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

1.一種超導場效應晶體管的制作方法，其特征在于，所述制作方法至少包括：

1）提供一絕緣體上半導體襯底，包括背襯底、背襯底上的絕緣層及絕緣層上的第一摻雜導電類型的半導體薄膜；

2）于所述半導體薄膜定義溝道區，并刻蝕所述溝道區兩側至所述絕緣層以形成欲制備源極與漏極的區域；

3）于所述欲制備源極與漏極的區域分別形成與所述溝道區摻雜導電類型相同的超導體源極與超導體漏極；

4）選擇性去除所述溝道區下垂向區域的絕緣層以在所述溝道區下垂向區域形成隧道結構，并對所述溝道區進行圓角化處理；

5）于所述溝道區表面包裹柵氧層，且所述柵氧層的厚度小于所述隧道結構的高度；

6）于所述柵氧層表面包裹電極層，且使電極層填滿所述隧道結構，形成柵極以完成所述超導場效應晶體管的制作。

2.根據權利要求1所述的超導場效應晶體管的制作方法，其特征在于：依據超導電子對之間的關聯長度確定所述溝道區的長度。

3.根據權利要求1所述的超導場效應晶體管的制作方法，其特征在于：所述溝道區的長度為10~1000nm。

4.根據權利要求1所述的超導場效應晶體管的制作方法，其特征在于：所述半導體薄膜為P型摻雜或N型摻雜的Si、Ge、SiGe、SiGeC、或III-V半導體材料。

5.根據權利要求4所述的超導場效應晶體管的制作方法，其特征在于：所述半導體薄膜為N型摻雜，且所述超導體源極與超導體漏極為N型的Nd-Ce-Cu-O或Nd-Cu-O-F基超導薄膜。

6.根據權利要求4所述的超導場效應晶體管的制作方法，其特征在于：所述半導體薄膜為P型摻雜，且所述超導體源極與超導體漏極為P型的La-Sr-Cu-O、Y-Ba-Cu-O、Bi-Sr-Ca-Cu-O或Tl-Ba-Sr-Cu-O基超導薄膜。

7.根據權利要求1所述的超導場效應晶體管的制作方法，其特征在于：所述步驟3）中，先采用原子層沉積或分子束沉積于所述欲制備源極與漏極的區域形成超導體薄膜，然后采用化學機械拋光平坦化以形成所述超導體源極與超導體漏極。

8.根據權利要求1所述的超導場效應晶體管的制作方法，其特征在于：所述步驟4）中，先對所述溝道區進行高溫氧化以在其表面形成氧化層，然后采用BOE濕法腐蝕工藝刻蝕所述氧化層，接著在氫氣氣氛下于1000~1200℃進行退火，以圓角化所述溝道區，形成圓柱體溝道區。

9.根據權利要求1所述的超導場效應晶體管的制作方法，其特征在于：所述步驟5）中，采用化學氣相沉積法或原子層沉積法形成所述柵氧層。

10.根據權利要求1所述的超導場效應晶體管的制作方法，其特征在于：所述步驟6）中，采用化學氣相沉積法或原子層沉積法形成所述電極層，所述電極層為金屬硅化物。

11.根據權利要求1所述的超導場效應晶體管的制作方法，其特征在于：所述步驟6）后還包括采用化學氣相沉積法于所述超導場效應晶體管表面沉積介電層，并通過各向異性反應離子刻蝕以形成柵極介質隔離側墻結構的步驟。

12.一種超導場效應晶體管，其特征在于，至少包括：絕緣體上半導體襯底，形成在所述絕緣體上半導體襯底上的超導體源極、超導體漏極、位于所述超導體源極與超導體漏極之間的溝道區、以及柵極結構，其中，所述溝道區、超導體源極、及超導體漏極的摻雜導電類型相同。

13.根據權利要求12所述的超導場效應晶體管，其特征在于：所述溝道區的長度為10~1000nm。

14.根據權利要求12所述的超導場效應晶體管，其特征在于：所述溝道區為圓柱、棱柱、圓臺或棱臺結構。

15.根據權利要求12所述的超導場效應晶體管，其特征在于：所述溝道區為Si、Ge、SiGe、SiGeC、或III-V半導體材料形成的納米線或納米帶結構。

16.根據權利要求12所述的超導場效應晶體管，其特征在于：所述超導體源極、超導體漏極及溝道區均為N型摻雜。

17.根據權利要求16所述的超導場效應晶體管，其特征在于：所述超導體源極與超導體漏極為Nd-Ce-Cu-O或Nd-Cu-O-F基超導薄膜。