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

有效

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

本發(fā)明涉及一種Cr摻雜異質(zhì)結(jié)自旋場效應(yīng)晶體管及其制備方法，其中，制備方法包括：選取藍寶石襯底；利用MBE工藝在藍寶石襯底表面生長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間改變源漏材料中的摻雜濃度和缺陷濃度，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)明屬半導體器件制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用對點缺陷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)模集成還是運算速度方面，均嚴重限制了微電子科學的發(fā)展。新興的自旋電子學以便捷地調(diào)控電子自旋為主要目標，開啟了以利用電子自旋來實現(xiàn)信息貯存和傳輸?shù)男骂I(lǐng)域，引起物理學，材料學以及電子信息學等多科學領(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效應(yīng)管，其理論與實驗研究涉及了電子自旋輸運及材料特性等多方面影響的復雜因素，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方向正和負自旋分量的組合，通過電子有效質(zhì)量哈密頓中的Rashba項引起的自旋向上和自旋向下的電子能量分裂，在輸運過程中產(chǎn)生電子通過場效應(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z方向自旋的電子相位產(chǎn)生變化，從而進行電流調(diào)控。而Rashba項中的Rashba系數(shù)Rashba系數(shù)η與異質(zhì)結(jié)界面的電場成正比，因此可以通過加柵壓來控制電流大小。

但是一般的自旋場效應(yīng)晶體管由鐵磁材料將自旋電子注入到半導體中，由于鐵磁材料如Fe與半導體材料如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)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種Cr摻雜異質(zhì)結(jié)自旋場效應(yīng)晶體管及其制備方法。本發(fā)明采用的N型摻雜點缺陷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)方案實現(xiàn)：

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

(a)選取藍寶石襯底；

(b)利用分子束外延(Molecular Beam Epitaxy,MBE)工藝在藍寶石襯底表面生長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)利用等離子體增強化學氣相沉積(Plasma Enhanced ChemicalVaporDeposition，PECVD)工藝在Ga₂O₃外延層表面生長隔離層；