[發(fā)明專(zhuān)利]隧道效應(yīng)器件及其制造方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 97190420.0
• 申請(qǐng)日: 1997-03-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1097857C
• 公開(kāi)（公告）日: 2003-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 瑟蓋·帕夫羅維奇·古賓;烏拉迪米爾·烏拉迪米羅維奇·克列索夫;伊烏格尼·瑟基維奇·蘇爾達(dá)托夫;阿逖姆·瑟基維奇·齊弗諾夫;烏拉迪米爾·維克多羅維奇·克哈尹;格納狄·伯里索維奇·克豪姆托夫;瑟蓋·阿列山德羅維奇·亞科文庫(kù)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 三星電子株式會(huì)社;瑟蓋·帕夫羅維奇·古賓;烏拉迪米爾·烏拉迪米羅維奇·克列索夫;伊烏格尼·瑟基維奇·蘇爾達(dá)托夫;阿逖姆·瑟基維奇·齊弗諾夫;烏拉迪米爾·維克多羅維奇·克哈尹;格納狄·伯里索維奇·克豪姆托夫;瑟蓋·阿列山德羅維奇·亞科文庫(kù)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L51/20
• 分類(lèi)號(hào): H01L51/20;H01L51/40
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 王永剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及用于制造納米電子學(xué)和計(jì)算機(jī)設(shè)備的功能元件的方法，更具體地說(shuō)，它涉及隧道效應(yīng)器件，可在制造工作于室溫的單電子邏輯門(mén)、單電子存儲(chǔ)電路和傳感器方面得到應(yīng)用。

背景技術(shù)

早在幾年前，已對(duì)相關(guān)電子學(xué)隧道效應(yīng)的現(xiàn)代理論的基礎(chǔ)進(jìn)行了精心研究。在該新的物理和技術(shù)領(lǐng)域中顯示出的世界范圍的興趣與由單電子現(xiàn)象和基于該現(xiàn)象的新的有希望的技術(shù)發(fā)展中的進(jìn)一步研究提供的巨大潛力和前景有關(guān)。

從物理的觀點(diǎn)來(lái)看，該現(xiàn)象的意義在于與由于在各種微米和納米尺度的結(jié)構(gòu)中的電子的庫(kù)侖靜電相互作用引起的電子相關(guān)。另一方面，單電子學(xué)是開(kāi)發(fā)這種電子器件的途徑，該電子器件的工作原理基于由孤立電子引起的信息編碼。

已知一種現(xiàn)有技術(shù)的三引線(三電極)的半導(dǎo)體器件(美國(guó)專(zhuān)利#4,286,275，NPC?357/12，1981)包括基區(qū)、發(fā)射區(qū)和收集區(qū)的組合以及與發(fā)射區(qū)、基區(qū)和收集區(qū)中的每一個(gè)的歐姆接觸，其中，該基區(qū)具有多數(shù)載流子自由程長(zhǎng)度數(shù)量級(jí)的物理尺寸；該發(fā)射區(qū)形成相對(duì)于基區(qū)的第1勢(shì)壘，其特征是該勢(shì)壘寬度足以實(shí)現(xiàn)量子力學(xué)的隧道效應(yīng)；該收集區(qū)形成相對(duì)于基區(qū)的、比第1勢(shì)壘低的勢(shì)壘，其特征是該勢(shì)壘寬度足夠?qū)挘员阋种屏孔恿W(xué)隧道效應(yīng)。

所討論的三引線(三電極)的半導(dǎo)體器件的特征在于約10^-12秒的轉(zhuǎn)換時(shí)間和提供負(fù)的動(dòng)態(tài)電阻，該器件由發(fā)射極部分中的薄勢(shì)壘區(qū)構(gòu)成，該發(fā)射極部分的勢(shì)壘高度超過(guò)集電極部分中寬勢(shì)壘區(qū)的勢(shì)壘高度，該集電極部分被具有與多數(shù)載流子的自由程長(zhǎng)度可比寬度的基極部分分離開(kāi)。該器件的工作是基于量子力學(xué)的隧道效應(yīng)作為穿過(guò)基區(qū)到達(dá)收集區(qū)的導(dǎo)電的主要機(jī)理。

應(yīng)用領(lǐng)域：放大、轉(zhuǎn)換和形成動(dòng)態(tài)電阻。

具體特征：集電極勢(shì)壘具有這樣的寬度，以致流過(guò)該勢(shì)壘的隧道電流是可忽略的。發(fā)射極-基極結(jié)：由于量子力學(xué)隧道效應(yīng)引起的主電導(dǎo)。

尺寸：基極-100埃；

??????發(fā)射極勢(shì)壘寬度-80埃；

??????集電極勢(shì)壘寬度-120至150埃。

以上討論的器件是基于量子力學(xué)的隧道效應(yīng)作為從發(fā)射區(qū)到達(dá)基區(qū)的導(dǎo)電和轉(zhuǎn)移熱的多數(shù)載流子穿過(guò)基區(qū)到達(dá)收集區(qū)的主要機(jī)理。

已知另一種現(xiàn)有技術(shù)的基于量子阱的三引線(三電極)的半導(dǎo)體器件(美國(guó)專(zhuān)利#4,912,531，NPC?357/12，1990)的功能是作為金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管。這意味著在一般意義上該器件的三引線是源、通道和漏。輸出端利用隧道效應(yīng)與許多量子阱的并聯(lián)電路連接，該量子阱的每一個(gè)都足夠小以便其中的能級(jí)不連續(xù)地量子化。在這種阱電路的每一個(gè)中將第2阱連接到第2公用導(dǎo)體，而將第1阱電連接到第1公用導(dǎo)體。

已知用于制造基于GaAs的、具有絕緣分子朗繆爾-布洛杰特(Langmuir-Blodgett)層的納米電子學(xué)和計(jì)算機(jī)設(shè)備的電元件(美國(guó)專(zhuān)利#5,079,179，NPC?37/141，1992)的方法包括形成以Langmuir-Blodgett(LB)膜出現(xiàn)的、置于GaAs襯底和導(dǎo)電端之間的絕緣層。

所述層的厚度是可變的，以便建立該器件的功能特性。這樣來(lái)選擇LB膜分子的極性首基，使得用作襯底的GaAs的表面態(tài)鈍化。對(duì)于分子的極性首已發(fā)現(xiàn)一些較為理想的酸基和氨基。已證實(shí)LB層增加場(chǎng)效應(yīng)晶體管控制勢(shì)壘的高度和鈍化了GaAs襯底中的斷裂鍵和表面裂縫，使反型模式的工作成為可能。該方法只適用于制備宏觀器件，即場(chǎng)效應(yīng)晶體管和二極管。

制造納米電子學(xué)功能元件的最有希望的方法之一是制造包含有機(jī)材料的電子器件(EP#0469243?H01L?29/28，1992)，該方法為形成電子器件創(chuàng)造條件，其中電子流流過(guò)導(dǎo)電的單分子或多重單分子膜。

所述制造包含有機(jī)材料的電子器件的方法在于在其表面上備有絕緣膜的襯底上形成第1和第2電極；使用第1和第2電極作為掩模刻蝕去除絕緣膜；形成單分子或多重單分子膜，該膜在用作第3電極的襯底表面上直接或間接地包含可電解聚合的基；從第1電極到第2電極加上電壓以使電解聚合基進(jìn)行聚合；和從襯底去除第3電極。