[發(fā)明專利]Cr摻雜異質(zhì)結(jié)自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710421686.5
• 申請(qǐng)日: 2017-06-07
• 公開（公告）號(hào): CN107425059B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈仁需;楊宇;元磊;張玉明;彭博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/66
• 分類號(hào): H01L29/66;H01L29/778;H01L29/812
• 代理公司: 西安嘉思特知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長(zhǎng)春

本發(fā)明涉及一種Cr摻雜異質(zhì)結(jié)自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法，其中，制備方法包括：選取藍(lán)寶石襯底；利用MBE工藝在藍(lán)寶石襯底表面生長(zhǎng)Ga₂O₃外延層；在Ga₂O₃外延層注入Cr離子形成源區(qū)和漏區(qū)；在源區(qū)和漏區(qū)表面制作歐姆接觸源極和漏極；利用PECVD工藝在Ga₂O₃外延層表面生長(zhǎng)隔離層；在Ga₂O₃外延層表面制作肖特基接觸柵電極以完成自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備；本發(fā)明提供的Cr摻雜異質(zhì)結(jié)自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管及制備方法，可通過調(diào)節(jié)離子注入的劑量和退火時(shí)間改變?cè)绰┎牧现械膿诫s濃度和缺陷濃度，從而優(yōu)化室溫下材料的自旋極化率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬半導(dǎo)體器件制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用對(duì)點(diǎn)缺陷Cr離子摻雜Ga₂O₃制作源漏極注入接收自旋極化電子的異質(zhì)結(jié)高電子遷移率自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管及制備方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的迅速更新，傳統(tǒng)電子器件的發(fā)展，無論是規(guī)模集成還是運(yùn)算速度方面，均嚴(yán)重限制了微電子科學(xué)的發(fā)展。新興的自旋電子學(xué)以便捷地調(diào)控電子自旋為主要目標(biāo)，開啟了以利用電子自旋來實(shí)現(xiàn)信息貯存和傳輸?shù)男骂I(lǐng)域，引起物理學(xué)，材料學(xué)以及電子信息學(xué)等多科學(xué)領(lǐng)域中研究者的共同關(guān)注和廣泛興趣。

近年來，基于二維電子氣提出的自旋場(chǎng)效應(yīng)管，其理論與實(shí)驗(yàn)研究涉及了電子自旋輸運(yùn)及材料特性等多方面影響的復(fù)雜因素，引起了廣大研究者的關(guān)注與探索。其基本構(gòu)想為通過電光調(diào)制器的電子類比提出所謂的自旋場(chǎng)晶體管。由源極輸入的電子自旋沿x方向，它可以表示為沿z方向正和負(fù)自旋分量的組合，通過電子有效質(zhì)量哈密頓中的Rashba項(xiàng)引起的自旋向上和自旋向下的電子能量分裂，在輸運(yùn)過程中產(chǎn)生電子通過場(chǎng)效應(yīng)管的相位差，在漏極接收到的沿x方向自旋的可以看成沿正負(fù)z方向自旋的電子相位產(chǎn)生變化，從而進(jìn)行電流調(diào)控。而Rashba項(xiàng)中的Rashba系數(shù)Rashba系數(shù)η與異質(zhì)結(jié)界面的電場(chǎng)成正比，因此可以通過加?xùn)艍簛砜刂齐娏鞔笮　?/p>

但是一般的自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管由鐵磁材料將自旋電子注入到半導(dǎo)體中，由于鐵磁材料如Fe與半導(dǎo)體材料如Sn的能帶結(jié)構(gòu)不匹配使得自旋注入的效率只有百分之幾。

因此，采用何種材料使源漏極以及溝道材料能帶結(jié)構(gòu)匹配從而提高注入效率，在自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件的應(yīng)用和研究中變的尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種Cr摻雜異質(zhì)結(jié)自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法。本發(fā)明采用的N型摻雜點(diǎn)缺陷Ga₂O₃材料具有一定的自旋極化效應(yīng)，可以替代現(xiàn)有的工藝，提高自旋注入和接收的效率，從而提高器件的性能，優(yōu)化材料在室溫下的自旋極化率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種Cr摻雜異質(zhì)結(jié)自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法；本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種Cr摻雜異質(zhì)結(jié)自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，包括：

(a)選取藍(lán)寶石襯底；

(b)利用分子束外延(Molecular Beam Epitaxy,MBE)工藝在藍(lán)寶石襯底表面生長(zhǎng)Ga₂O₃外延層；

(c)在Ga₂O₃外延層注入Cr離子形成源區(qū)和漏區(qū)；

(d)在源區(qū)和漏區(qū)表面制作歐姆接觸源極和漏極；

(e)利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(Plasma Enhanced ChemicalVaporDeposition，PECVD)工藝在Ga₂O₃外延層表面生長(zhǎng)隔離層；