[發明專利]基于拓撲絕緣體納米線的場效應管、其制備方法及應用

在審

• 申請號: 201710329636.4
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN107146760A
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 馮軍雅;宋志軍;呂力;姬忠慶
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01L21/34
• 分類號: H01L21/34;H01L29/10;H01L29/78;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京市英智偉誠知識產權代理事務所(普通合伙)11521
• 代理人: 劉丹妮

技術領域

本發明屬于半導體領域，具體涉及一種基于拓撲絕緣體納米線的場效應管，及其制備方法和應用。

背景技術

場效應管是目前為止電子集成電路中最基本的元器件，通過電場效應來控制流過器件中載流子濃度，從而控制電流的大小。場效應管廣泛應用于放大器、邏輯門和存儲單元等。

目前為止，場效應管由硅，鋁鎵砷等半導體材料制作。常見的結構為源級，漏級，連接源漏級的導電溝道和控制溝道中某種載流子類型的柵電極。通過調節柵極電壓，就可以實現溝道的關閉和連通。場效應管可以用來制作各種類型的放大器，用于把信號放大到可測量的地步。

在量子計算等極小信號測量中，被測信號通常是一些信號幅度非常小的單量子態，如單電子態等。被測信號需要進一步放大，才能被頻譜儀、鎖相或者矢量網絡分析儀等儀器識別。現有的小信號放大器使用的材料通常是硅，或者鋁鎵砷等半導體材料。這類材料做成的電子器件本身就由一定的噪聲。所以在實際使用中，被測信號的噪聲可能和場效應管自身的本底噪聲處于一個量級之內。

發明內容

因此，本發明的目的在于克服現有技術中的缺陷，提供一種低噪聲的場效應管，及其制備方法和應用。

在闡述本發明的技術方案之前，定義本文中所使用的術語如下：

術語“PMMA”是指：聚甲基丙烯酸甲酯；

術語“MIBK”是指：甲基異丁酮；

術語“一維電子氣”是指：電子只能沿著一維尺度上自由移動的電子系統。

為實現上述目的，本發明的第一方面提供了一種拓撲絕緣體納米線的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)切割清洗具有表面氧化層的硅片；

(2)在步驟(1)得到的硅片上電子束蒸發蒸鍍納米金薄膜；和

(3)使用氣相沉積法在步驟(2)得到的鍍有金薄膜的硅片上生長硒化鉍拓撲絕緣體納米線。

根據本發明第一方面所述的制備方法，其中，步驟(2)中，所述納米金薄膜的厚度為1～5納米，優選為2納米。

優選地，步驟(3)中：所述納米線生長過程前，500～1000℃高溫加熱步驟(2)得到的硅片至所述納米金薄膜融化聚團，優選地，所述加熱溫度為600℃；和/或

所述納米線的生長溫度為480～600℃，優選為500～550℃，最優選為530℃；所述納米線的生長時間為10～60分鐘，優選為20～40分鐘，最優選為30分鐘。

本發明的第二方面提供了一種拓撲絕緣體納米線，所述拓撲絕緣體納米線由根據本發明第一方面所述的方法制備得到。

本發明的第三方面提供了一種場效應管，所述場效應管包括：

根據本發明第一方面所述方法制備的拓撲絕緣體納米線；

摻雜硅襯底；

二氧化硅；

源極；

漏極；

頂門；和

邊門。

本發明的第四方面提供了一種用于制備根據本發明第三方面所述的場效應管的方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)根據本發明第一方面所述的方法制備硒化鉍拓撲絕緣體納米線；

(2)切割具有表面絕緣氧化層、底部為導電摻雜硅的硅片，對所述硅片絕緣面涂膠及熱板烘烤；

(3)對步驟(2)得到的涂膠后的硅片進行電子束曝光及顯影，并用電子束蒸發蒸鍍納米金薄膜，去膠后得到帶有坐標陣列的硅片；

(4)利用靜電吸附將步驟(1)制備的硒化鉍納米線轉移到步驟(3)得到的硅片上，并拍攝包含至少兩個水平方向金坐標十字的照片；

(5)對步驟(4)得到的硅片帶有納米線的一面涂膠及熱板烘烤；

(6)在步驟(4)拍攝的照片基礎上設計場效應管的源漏電極和邊門和頂門，并對電極區域進行電子束光刻，曝光源漏電極和邊門區域，顯影并清洗；

(7)將步驟(6)得到的硅片電子束蒸發蒸鍍納米金屬鈀和納米金，去膠；

(8)將步驟(7)得到的硅片帶納米線的一面涂膠及熱板烘烤，對電極區域進行電子束光刻，曝光頂門區域，顯影并清洗；

(9)將步驟(8)得到的硅片電子束蒸發蒸鍍氧化物薄膜和納米金，去膠，得到場效應管；和

(10)測試步驟(9)得到的場效應管。