本发明专利技术公开了一种自激励自旋单电子电磁场效应晶体管、制备方法及应用，该电磁场效应晶体管包括基板、源电极、漏电极、栅电极和纳米线有源区，源电极、漏电极和栅电极设置于基板上，纳米线有源区为源电极和漏电极之间的电流通道，纳米线有源区为掺杂有磁性金属的多型碳化硅纳米线。本发明专利技术室温可实现单电子库伦阻塞效应和单电子隧穿效应；同时，在实现单电子库伦阻塞和单电子隧穿效应时，单电子振荡产生变化电场，变化电场产生变化磁场，在施加源漏电压补充能量情况下，可呈现多结构的电磁振荡，产生皮安级的单电子自旋电流。本发明专利技术可作为量子信息的产生、转换、传输和存储的元件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于自激励自旋单电子场效应晶体管
，尤其涉及一种纳米线稀磁 半导体异质结自激励自旋单电子自激励电磁场效应晶体管、制备方法及应用。
技术介绍
目前，纳米线半导体异质结单电子器件均是以库伦阻塞效应和单电子隧穿为基 石出的器件(K. K. Likharev. Correlated discrete transfer of single electrons in ultrasmall tunnel juntions". IBM J. Res. Develop. Vol. 32, p. 144, 1989)。这种单电子器 件在理论上可以使能耗达到最小，而且由于是单电子运动，其速度可以很高。但是，对单电 子器件的研宄长期以来都着重于单电荷的阻塞和隧穿，未考虑单电子自旋隧穿多势皇的运 动过程中产生的电磁感应造成的器件效应，也未考虑单电子自旋隧穿过程其电场产生的磁 场变化和相互激励规律。 目前将稀磁半导体材料应用于自旋晶体管受到广泛关注。所谓稀磁半导体是指， 少量磁性离子或原子进入非磁性半导体晶格或非晶格中取代部分原晶格点原子或充填晶 格间隙而形成的半导体。一般来讲自旋晶体管以自旋电子的量子霍尔效应为基础，由于电 子自旋运动与其轨道耦合可产生磁性。含有少量磁性离子的半导体场效应晶体管受外加 电场或半导体晶体沟道内部载流子运动不均匀而产生电场作用，激发了电子自旋的浓度 梯度或差异，随电压变化产生不同的自旋电流。还有一种新物质形态的物理性质引起了 广泛关注，即拓扑绝缘体（Thouless D J, Kohmoto M, Nightingale M P et al. Phys Rev. Lett.，1982, 49:405)，其体内具有绝缘体特性而表面存在金属态。从理论上分析，拓扑绝缘 体体内的能带结构属于典型绝缘体类型，在费米能处存在着能隙，然而拓扑绝缘体表面则 存在穿越能隙的狄拉克型电子态，因而导致其表面呈现金属性。关于拓扑绝缘体的研宄趋 于高热度（Zhang S C, Hu J P. Science. 2001，294:823) 〇 在单电子器件研宄中，已制备出超导基单电子器件（Averin D V，Yu V Nazarov. Single Electron Charging Of a Superconductor Island.Phys. Rev. Lett.，1992, 69, 1992-1996.)以及绝缘基电容耦合式单电子器件（Chandrasekhar V.Single Electron Charging Effect In High Resistance In203_x wires. J. Low Temp. Phys.，1994, 97:9-54.)，并已应用于量子计算机。H. Ohno 等（H. Ohno, D. Chiba, F. Matsukura, T. Omiya, E. Abe, T. Dietl, Y. Ohno&K. Ohtani 〇 Electric field control of ferromagnetism. Nature. 2000. 408:944 ~946)实现了稀磁半导体（In, Mn)As 场效应晶体 管中的栅电场控制空穴诱导铁磁性。但目前只能在低温下实现自旋单电子器件的运行。宽 禁带稀磁半导体（Ga, Mn)N和（Si, Mn, Fe)C因为有超过室温的居里温度和铁磁性受到关注， 采用宽带稀磁半导体可制造自旋单电子晶体管。 在对单电子器件的研宄中，包括稀磁半导体晶体管，只观察到所存在的低温电导 和磁导振荡，尚未观察到室温出现的电磁感应现象和电磁振荡效应。在没有外加磁场情况 下，纳米线场效应晶体管中，由单电子隧穿引发纳米线异质结多型碳化硅中磁性原子轨道 耦合运动的电场产生微磁场的变化，激发类似于自旋霍尔效应的现象。纳米线在导电过程 中，由于栅电场引起纳米线能带改变，电子自旋运动发生变化。在单电子晶体管中存在单电 子隧穿振荡和库伯对振荡，表示变化的自旋单电子电场会产生相应的微磁子磁场变化，从 而可产生电磁感应现象。根据楞次定律，一个变化的磁场产生一个变化的电场。一个电容 和一个电感组成一个电磁振荡电路。自从19世纪麦克斯韦发现电磁感应方程式以后，电磁 振荡出现了前所未有的发展。利用这一效应开发的工业、信息产品层出不穷。现在技术发 展位于量子计算机的门槛之间，量子计算机的量子信息存储、交换和发送必须经过磁技术 分别完成，这是一个困难。如果能在半导体中实现量子信息存储、交换和发送功能，将大大 促进量子计算机的普及发展。过去的电子学着重于电荷运动，对磁性的产生拟通过自旋注 入产生，但十分复杂，不能满足量子信息转换、处理和存储。量子信息转换、处理和存储的产 生机理是自旋量子霍尔效应。 单电子晶体管是量子计算机的关键部件，据以往研宄，只有采用超导体制备约瑟 夫森结来产生量子现象，而半导体单电子晶体管不具备磁信号的产生和交换。这并非没有 磁场和电场交变信号产生，而是磁效应太弱，检测精度难以达到。然而，这对于量子计算机 中的量子信息存储、转换和传输是不可少的。微电子技术发展乃至量子计算机技术仍然未 脱离磁场外加模式。即使最近二十年产生了自旋电子学也未脱离自选注入这样的方法，对 控制磁场有着不小的阻碍。量子计算机和量子通信技术的发展亟需在器件上自生磁场，使 电子元器件和晶体管产生可用或可消退的磁场，以使量子晶体管可以完成量子信号的产 生、捕获、存储、传输乃至转换。如若能在晶体管的尺度内产生电磁振荡和电磁感应，这样将 会使量子计算机技术和量子通信技术前跨一步。 在晶体管中自旋电子传输形成的电流一般很微弱，可能由于存在方向相反的电子 自旋，使自旋电子电流相消，所以，在晶体管中流动的电流一般是电子的电荷形成的电流。 更由于这一效应发生在低温下，而使量子计算机发展受到阻碍。室温下半导体场效应晶体 管产生自旋电子的量子电磁感应效应是重要的一步。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种室温能产生单电子自旋电流的电磁场效应晶体管及其 制备方法。 为了达到上述目的，本专利技术提供如下的技术方案： 一、电磁场效应晶体管，其特征在于：包括基板、源电极、漏电极、栅电极和纳米线 有源区，源电极、漏电极和栅电极设置于基板上，纳米线有源区为源电极和漏电极之间的电 流通道，所述的纳米线有源区为掺杂有磁性金属的多型碳化硅纳米线。 上述基板为SOI绝缘层。 上述栅极为背栅、侧栅或顶栅。 上述掺杂有磁性金属的多型碳化娃纳米线成分为（Si, Mey) fh，X、y为原子百分 比，其中，0〈1〈1，7〈1，0〈5<0.2，]^包括至少一种磁性金属元素。作为优选，]^为111、(]〇、卩6、 Cr、Hf、NcU V、Al、Ni、PcU Y、La、Ce中的一种或多种。所述的掺杂有磁性金属的多型碳化硅 纳米线中磁性金属元素呈韵律型分布。 当00〈0.4、0〈7〈0.09时，所述的^1^)!￡(：1_!￡为4!1^(：/6!1^(：多型碳化硅 ； 或，当0.40〈0.6、0〈7〈0.09时，所述的如，1^)!￡(：1_ !￡为|3-5扣/6!1^(：多型碳化硅；或，当 叉>〇.6本文档来自技高网...
【技术保护点】
电磁场效应晶体管，其特征在于：包括基板、源电极、漏电极、栅电极和纳米线有源区，源电极、漏电极和栅电极设置于基板上，纳米线有源区为源电极和漏电极之间的电流通道，所述的纳米线有源区为掺杂有磁性金属的多型碳化硅纳米线。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张洪涛，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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