[發(fā)明專利]自激勵單電子自旋電磁晶體管及制作工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810064983.3
• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN108336136B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張洪濤;范例;張澤森
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01L29/66
• 分類號: H01L29/66;H01L29/82;H01L21/335
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 潘杰;劉琳

本發(fā)明公開了一種基于自激勵單電子自旋電磁晶體管及制作工藝，所述晶體管包括襯底，襯底上設(shè)置有納米碳化硅薄膜結(jié)構(gòu)、源極、漏極、柵極，納米碳化硅薄膜結(jié)構(gòu)由層狀納米碳化硅單晶體薄膜互嵌構(gòu)成，納米碳化硅薄膜結(jié)構(gòu)的兩端分別與源極和漏極接觸，形成源漏極有源區(qū)，納米碳化硅薄膜結(jié)構(gòu)的上部依次設(shè)置有絕緣層、接觸金屬層，柵極從接觸金屬層引出。本發(fā)明通過設(shè)置由層狀納米碳化硅單晶體薄膜互嵌構(gòu)成的納米碳化硅薄膜結(jié)構(gòu)形成的納米線或帶，作為晶體管有源區(qū)，源漏極用Pd作為接觸金屬，形成肖特基勢壘，其中出現(xiàn)隧穿。在室溫下，本發(fā)明基于自激勵單電子自旋電磁晶體管的源漏電壓與漏電流的關(guān)系呈現(xiàn)干涉現(xiàn)象。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于量子科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，涉及量子干涉器件，具體地指一種自激勵單電子自旋電磁晶體管及制作工藝。

背景技術(shù)

自從1911年荷蘭科學(xué)家海克·卡末林·昂內(nèi)斯(Heike Kamerlingh Onnes)等人發(fā)現(xiàn)接近絕對零度的低溫下個別金屬呈現(xiàn)電阻為零和電壓為零的超導(dǎo)現(xiàn)象以來，人類對于超導(dǎo)體的研究取得了矚目成就，最重要的發(fā)現(xiàn)是1962年英國物理學(xué)家Josephson，BrianDavid發(fā)現(xiàn)后來以其名字命名的Josephson結(jié)。約瑟夫森計算了超導(dǎo)結(jié)的隧道效應(yīng)并得出結(jié)論：如果兩個超導(dǎo)體距離足夠近，電子對可以通過超導(dǎo)體之間的極薄絕緣層形成超導(dǎo)電流，而超導(dǎo)結(jié)上并不出現(xiàn)電壓；如果超導(dǎo)結(jié)上加有電壓，可產(chǎn)生高頻超導(dǎo)電流。約瑟夫森由于預(yù)言隧道超導(dǎo)電流而獲得1973年度諾貝爾物理學(xué)獎。利用Josephson結(jié)發(fā)明了超導(dǎo)量子干涉器件(superconducting quantum interference device system，squids)。如今，在各行各業(yè)的高精度磁場測試設(shè)備中都配備了squids。這一設(shè)備是靈敏度極高磁感應(yīng)強度的測試器件。但它運行條件苛刻，就是在低溫下運行，盡管現(xiàn)在有人采用高溫超導(dǎo)體，但也是停留在液氮溫區(qū)。這給在室溫下需要運行量子干涉器件測試磁場強度帶來了困難，發(fā)現(xiàn)和制造新的能夠應(yīng)用于室溫下測試磁場現(xiàn)象的器件成為必要。

利用Josephson結(jié)建立超導(dǎo)弱連接，制造靈敏的電子測量裝置，一直是活躍課題。Squids按照結(jié)構(gòu)或工作方式可分為兩種：即直流超導(dǎo)量子干涉儀，簡稱dc-squid，器件含有兩個Josephson結(jié)的超導(dǎo)環(huán)；另一種是工作在射頻10MHz～100GHz范圍的單Josephson結(jié)的超導(dǎo)環(huán)，它配置一個與之耦合的射頻諧振電路，稱為射頻超導(dǎo)量子干涉儀，簡稱rf-sqiuds。超導(dǎo)量子干涉儀是極為靈敏的磁通電壓轉(zhuǎn)換器。當外部磁通穿過squid環(huán)時，squid的狀態(tài)就會變化，通過電子線路將這些磁通的變化轉(zhuǎn)化為電壓信號輸出，從而檢測出外部磁通的變化。它的靈敏度是自旋量子干涉晶體管之外的最靈敏磁通檢測技術(shù)。盡管采用高溫超導(dǎo)體制作squid實現(xiàn)了液氮溫區(qū)的檢測技術(shù)，由于高溫超導(dǎo)體并不穩(wěn)定，且制造工藝復(fù)雜，設(shè)備運行仍然顯得笨拙和成本昂貴，發(fā)展室溫下自旋量子干涉晶體管成為亟需。

發(fā)明內(nèi)容

基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種自激勵單電子自旋電磁晶體管及制作工藝，以納米碳化硅薄膜和納米線碳化硅材料的多型異質(zhì)結(jié)構(gòu)造晶體管，出現(xiàn)了室溫下量子干涉現(xiàn)象，構(gòu)造基于自旋晶體管的量子干涉器件。

為達到上述目的，本發(fā)明提及的一種自激勵單電子自旋電磁晶體管，包括襯底，所述襯底上設(shè)置有納米碳化硅薄膜結(jié)構(gòu)、源極、漏極、柵極，其特殊之處在于，所述納米碳化硅薄膜結(jié)構(gòu)由層狀納米碳化硅單晶體薄膜互嵌構(gòu)成，所述納米碳化硅薄膜結(jié)構(gòu)的兩端分別與源極和漏極接觸，形成源漏極有源區(qū)，所述納米碳化硅薄膜結(jié)構(gòu)的上部依次設(shè)置有絕緣層、接觸金屬層，所述柵極從接觸金屬層引出。

進一步地，所述納米碳化硅薄膜結(jié)構(gòu)為多型納米碳化硅單晶體構(gòu)成，形成多型層互嵌結(jié)構(gòu)。

更進一步地，所述納米碳化硅薄膜結(jié)構(gòu)的中間層為純凈碳化硅單晶體薄膜，其他層為輕摻雜碳化硅單晶體薄膜。

更進一步地，所述納米碳化硅單晶體包括4H、6H、3C、15R、準晶態(tài)碳化硅中一種或多種。