[發明專利]基于金-鐵電單晶體系的負微分電阻效應器件及其制備

有效

• 申請號: 201611167302.3
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN108206239B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 張靜;柯三黃
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01L47/00
• 分類號: H01L47/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 林君如

本發明涉及一種基于金?鐵電單晶體系的負微分電阻效應器件及其制備，所述的負微分電阻效應器件包括分別作為源極和漏極的兩個金電極，接觸設置在兩個金電極之間并構成中間散射區的鐵電單晶，以及分別連接所述鐵電單晶兩邊的柵極，所述的金電極、鐵電單晶均為位于X軸和Y軸構成平面內的薄層材料，所述的兩個金電極和鐵電單晶以“金電極?鐵電單晶?金電極”式的“三明治結構”沿Z軸周期性排列并構成所述負微分電阻效應器件。與現有技術相比，本發明的CdPbO₃中Cd²⁺的4d軌道的態密度與金電極(Au)表面態之間耦合，導致在一定偏壓范圍內電流會隨偏壓增大反而減小的負微分電阻效應，有望成為下一代制備高性能電子元器件的候選。

技術領域

本發明涉及一種負微分電阻效應器件，尤其是涉及一種基于金-鐵電單晶體系的負微分電阻效應器件及其制備。

背景技術

半導體晶體管是人類歷史上最偉大的發明之一。傳統的硅基半導體晶體管發展應用及取得了巨大的成功，但是硅基半導體晶體管的設計和制造是至上而下的模式，按照摩爾定律，電子器件的密度正逐漸的逼近物理和尺寸的極限。科學家和工程師預測單個硅基半導體晶體管的實際尺寸以及它們之間的實際距離將小于一個電子的波長。量子力學告訴我們一個電子的波長是10nm左右，當晶體管的尺寸小于這個長度時量子尺度效應(例如隧道效應)將大大影響晶體管的工作參數甚至使晶體管失效。從制造工藝上講，傳統的用于制造晶體管的激光刻蝕技術會在晶體管尺寸小于激光波長時失效。這些將最終制約傳統硅基電子器件的尺寸和集成度，從理論上和實驗角度上講硅基半導體晶體管都將面臨不可逾越障礙。所以，尋找更新、更強大的電子器件已經成為電子科學領域急需考慮和解決的問題。近年來年的研究也發現一些具有確定空間結構和電子結構的晶體具有特殊的電輸運性質，而該類器件的出現將會彌補基于半導體材料器件的不足，有潛力成為下一代制備高性能電子元器件的候選。

單分子器件理論受到特別的關注，因為這個系統是一個由電壓驅動的非平衡狀態下的開放的量子系統。在低的偏置電壓下，分子結的非平衡性質是可以忽略的，器件的電流-電壓性質可以由平衡態的電子結構來計算。然而在較高的偏置電壓下，更高級的處理是必需的。在彈性隧穿情況下(隧穿電子與系統沒有進行能量交換)，可以通過計算透射系數從而可以計算電流，這個透射系數是以偏置電壓為自變量的函數。對于非彈性隧穿情況可以用非平衡態格林函數解決。負微分電阻(negative differential resistance)就是在一定偏壓范圍內電流會隨偏壓增大反而減小。因為它是很多像Esaki二極管和振動隧道二極管(resonant tunneling diode)這些電子器件的基本效應，所以負微分電阻效應吸引了很多分子電子學研究者的興趣。其中振動隧道二極管可應用在記憶芯片，開關和邏輯功能單元上。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于金-鐵電單晶體系的負微分電阻效應器件及其制備，能夠在實現由鐵電晶體在金電極的連接下，由于CdPbO₃中Cd²⁺的4d軌道的態密度與金電極(Au)表面態之間耦合，導致在一定偏壓范圍內電流會隨偏壓增大反而減小的負微分電阻效應，有望成為下一代制備高性能電子元器件的候選。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于金-鐵電單晶體系的負微分電阻效應器件，包括分別作為源極和漏極的兩個金電極，接觸設置在兩個金電極之間并構成中間散射區的鐵電單晶，以及分別連接所述鐵電單晶兩邊的柵極，所述的金電極、鐵電單晶均為位于X軸和Y軸構成平面內的薄層材料，所述的兩個金電極和鐵電單晶以“金電極-鐵電單晶-金電極”式的“三明治結構”沿Z軸周期性排列并構成所述負微分電阻效應器件。

作為上述方案的優選，所述的兩個金電極的間距為納米量級，所述的鐵電單晶薄層材料的沿Z軸方向的厚度為納米量級。

作為上述方案的優選，所述的鐵電單晶為鐵電晶體CdPbO₃。