自激励单电子自旋电磁晶体管及制作工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种基于自激励单电子自旋电磁晶体管及制作工艺，所述晶体管包括衬底，衬底上设置有纳米碳化硅薄膜结构、源极、漏极、栅极，纳米碳化硅薄膜结构由层状纳米碳化硅单晶体薄膜互嵌构成，纳米碳化硅薄膜结构的两端分别与源极和漏极接触，形成源漏极有源区，纳米碳化硅薄膜结构的上部依次设置有绝缘层、接触金属层，栅极从接触金属层引出。本发明专利技术通过设置由层状纳米碳化硅单晶体薄膜互嵌构成的纳米碳化硅薄膜结构形成的纳米线或带，作为晶体管有源区，源漏极用Pd作为接触金属，形成肖特基势垒，其中出现隧穿。在室温下，本发明专利技术基于自激励单电子自旋电磁晶体管的源漏电压与漏电流的关系呈现干涉现象。

【技术实现步骤摘要】
自激励单电子自旋电磁晶体管及制作工艺
本专利技术属于量子科学与
，涉及量子干涉器件，具体地指一种自激励单电子自旋电磁晶体管及制作工艺。
技术介绍
自从1911年荷兰科学家海克·卡末林·昂内斯(HeikeKamerlinghOnnes)等人发现接近绝对零度的低温下个别金属呈现电阻为零和电压为零的超导现象以来，人类对于超导体的研究取得了瞩目成就，最重要的发现是1962年英国物理学家Josephson，BrianDavid发现后来以其名字命名的Josephson结。约瑟夫森计算了超导结的隧道效应并得出结论：如果两个超导体距离足够近，电子对可以通过超导体之间的极薄绝缘层形成超导电流，而超导结上并不出现电压；如果超导结上加有电压，可产生高频超导电流。约瑟夫森由于预言隧道超导电流而获得1973年度诺贝尔物理学奖。利用Josephson结专利技术了超导量子干涉器件(superconductingquantuminterferencedevicesystem，squids)。如今，在各行各业的高精度磁场测试设备中都配备了squids。这一设备是灵敏度极高磁感应强度的测试器件。但它运行条件苛刻，就是在低温下运行，尽管现在有人采用高温超导体，但也是停留在液氮温区。这给在室温下需要运行量子干涉器件测试磁场强度带来了困难，发现和制造新的能够应用于室温下测试磁场现象的器件成为必要。利用Josephson结建立超导弱连接，制造灵敏的电子测量装置，一直是活跃课题。Squids按照结构或工作方式可分为两种：即直流超导量子干涉仪，简称dc-squid，器件含有两个Josephson结的超导环；另一种是工作在射频10MHz～100GHz范围的单Josephson结的超导环，它配置一个与之耦合的射频谐振电路，称为射频超导量子干涉仪，简称rf-sqiuds。超导量子干涉仪是极为灵敏的磁通电压转换器。当外部磁通穿过squid环时，squid的状态就会变化，通过电子线路将这些磁通的变化转化为电压信号输出，从而检测出外部磁通的变化。它的灵敏度是自旋量子干涉晶体管之外的最灵敏磁通检测技术。尽管采用高温超导体制作squid实现了液氮温区的检测技术，由于高温超导体并不稳定，且制造工艺复杂，设备运行仍然显得笨拙和成本昂贵，发展室温下自旋量子干涉晶体管成为亟需。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种自激励单电子自旋电磁晶体管及制作工艺，以纳米碳化硅薄膜和纳米线碳化硅材料的多型异质结构造晶体管，出现了室温下量子干涉现象，构造基于自旋晶体管的量子干涉器件。为达到上述目的，本专利技术提及的一种自激励单电子自旋电磁晶体管，包括衬底，所述衬底上设置有纳米碳化硅薄膜结构、源极、漏极、栅极，其特殊之处在于，所述纳米碳化硅薄膜结构由层状纳米碳化硅单晶体薄膜互嵌构成，所述纳米碳化硅薄膜结构的两端分别与源极和漏极接触，形成源漏极有源区，所述纳米碳化硅薄膜结构的上部依次设置有绝缘层、接触金属层，所述栅极从接触金属层引出。进一步地，所述纳米碳化硅薄膜结构为多型纳米碳化硅单晶体构成，形成多型层互嵌结构。更进一步地，所述纳米碳化硅薄膜结构的中间层为纯净碳化硅单晶体薄膜，其他层为轻掺杂碳化硅单晶体薄膜。更进一步地，所述纳米碳化硅单晶体包括4H、6H、3C、15R、准晶态碳化硅中一种或多种。更进一步地，所述纳米碳化硅薄膜结构中每一层纳米碳化硅单晶体薄膜的厚度为1～100nm。更进一步地，所述纳米碳化硅薄膜结构的中间层为4H-SiC薄膜，一端置于一层6H-SiC薄膜端部的上方，另一端置于另一层6H-SiC薄膜端部的下方。更进一步地，所述纳米碳化硅单晶体薄膜为P型掺杂或者N型掺杂的，分别构成纳米线异质结。一种基于上述自激励单电子自旋电磁晶体管的制作工艺，其特殊之处在于，包括如下步骤：1)将衬底的平面设为x-y平面，衬底的法向设为z轴方向，在x-y平面上设置第一层纳米碳化硅单晶体薄膜；2)沿y轴方向平移，设置第二层纳米碳化硅单晶体薄膜，所述第二层纳米碳化硅单晶体薄膜的一端遮蔽第一层纳米碳化硅单晶体薄膜的一端，再沿y轴方向平移，设置第三层纳米碳化硅单晶体薄膜，所述第三层纳米碳化硅单晶体薄膜的一端遮蔽第二层纳米碳化硅单晶体薄膜的另一端，依次层叠排列直至完成纳米碳化硅薄膜结构，所述每一层纳米碳化硅单晶体薄膜(2-1)沿z轴方向定向生长；3)将所述纳米碳化硅薄膜结构光刻形成纳米线或带，放入真空烧结炉，在10-4mTorr下，加热至1500～1900℃，持续时间为50～120min，在真空中缓慢降温至室温；4)在所述纳米碳化硅薄膜结构形成纳米线或带上面淀积绝缘层；5)在所述纳米碳化硅薄膜结构形成纳米线或带两端采用光刻技术开孔，在绝缘层上方淀积金属薄膜，并使金属薄膜分别与纳米线或带的两端接触，形成源极和漏极；6)在源极和漏极之间的金属薄膜上刻蚀出引线，形成栅极。优选地，所述纳米碳化硅薄膜结构为三层结构，第一层纳米碳化硅单晶体薄膜、第三层纳米碳化硅单晶体薄膜为6H-SiC薄膜，并进行重掺杂工艺处理，第二层纳米碳化硅单晶体薄膜为纯净的4H-SiC薄膜。优选地，所述纳米碳化硅薄膜结构为三层结构，第一层纳米碳化硅单晶体薄膜、第三层纳米碳化硅单晶体薄膜为4H-SiC薄膜，并进行轻掺杂工艺处理，第二层纳米碳化硅单晶体薄膜为纯净的15R或者3C碳化硅薄膜。本专利技术通过设置由层状纳米碳化硅单晶体薄膜互嵌构成的纳米碳化硅薄膜结构形成的纳米线或带，作为晶体管有源区，源漏极用Pd作为接触金属，形成肖特基势垒，其中出现隧穿。在室温下，对一个晶体管回路环路进行Ramsey干涉实验测试，得出了其相干时间超过150ms，对另外一个晶体管回路进行Rabi谐振测试，其相干时间为156ms，证实在栅极电压的阈值超过后，本专利技术自激励单电子自旋电磁晶体管的源漏电压与漏电流的关系呈现干涉现象。附图说明图1为本专利技术自激励单电子自旋电磁晶体管的结构示意图图。图2为基于两个自激励单电子自旋电磁晶体管的量子干涉晶体管的直流电路图。图3为本专利技术自激励单电子自旋电磁晶体管的Ramsey干涉实验测试结果示意图。图4为本专利技术自激励单电子自旋电磁晶体管的Rabi谐振测试结果示意图。图中，衬底1，纳米碳化硅薄膜结构2，纳米碳化硅单晶体薄膜2-1，源极3，漏极4，绝缘层5，接触金属层6，栅极7。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本专利技术的限制。本专利技术提出的一种自激励单电子自旋电磁晶体管，包括衬底1，衬底1上设置有纳米碳化硅薄膜结构2、源极3、漏极4和栅极7。纳米碳化硅薄膜结构2的两端分别与源极3和漏极4接触，形成源漏极有源区。纳米碳化硅薄膜结构2由层状纳米碳化硅单晶体薄膜2-1互嵌构成。纳米碳化硅薄膜结构2的上部依次设置有绝缘层5、接触金属层6，栅极7从接触金属层6引出。纳米碳化硅薄膜结构2为多型纳米碳化硅单晶体构成，纳米碳化硅单晶体包括4H、6H、3C、15R、准晶态碳化硅中一种或多种。一种或者多种纳米碳化硅单晶体相互叠加，形成多型层互嵌结构。每一层纳米碳化硅单晶体薄膜2-1的厚度为1～100nm。中间层为纯净碳化硅单晶体薄膜，其他层为轻掺杂碳化硅单晶体薄膜。纳米碳化硅单晶体薄膜2-1为P型掺杂或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自激励单电子自旋电磁晶体管，包括衬底(1)，所述衬底(1)上设置有纳米碳化硅薄膜结构(2)、源极(3)、漏极(4)、栅极(7)，其特征在于：所述纳米碳化硅薄膜结构(2)由层状纳米碳化硅单晶体薄膜(2‑1)互嵌构成，所述纳米碳化硅薄膜结构(2)的两端分别与源极(3)和漏极(4)接触，形成源漏极有源区，所述纳米碳化硅薄膜结构(2)的上部依次设置有绝缘层(5)、接触金属层(6)，所述栅极(7)从接触金属层(6)引出。

【技术特征摘要】
1.一种自激励单电子自旋电磁晶体管，包括衬底(1)，所述衬底(1)上设置有纳米碳化硅薄膜结构(2)、源极(3)、漏极(4)、栅极(7)，其特征在于：所述纳米碳化硅薄膜结构(2)由层状纳米碳化硅单晶体薄膜(2-1)互嵌构成，所述纳米碳化硅薄膜结构(2)的两端分别与源极(3)和漏极(4)接触，形成源漏极有源区，所述纳米碳化硅薄膜结构(2)的上部依次设置有绝缘层(5)、接触金属层(6)，所述栅极(7)从接触金属层(6)引出。2.根据权利要求1所述的自激励单电子自旋电磁晶体管，其特征在于：所述纳米碳化硅薄膜结构(2)为多型纳米碳化硅单晶体构成，形成多型层互嵌结构。3.根据权利要求2所述的自激励单电子自旋电磁晶体管，其特征在于：所述纳米碳化硅薄膜结构(2)的中间层为纯净碳化硅单晶体薄膜，其他层为轻掺杂碳化硅单晶体薄膜。4.根据权利要求1所述的自激励单电子自旋电磁晶体管，其特征在于：所述纳米碳化硅单晶体包括4H、6H、3C、15R、准晶态碳化硅中一种或多种。5.根据权利要求1所述的自激励单电子自旋电磁晶体管，其特征在于：所述纳米碳化硅薄膜结构(2)中每一层纳米碳化硅单晶体薄膜(2-1)的厚度为1～100nm。6.根据权利要求1所述的自激励单电子自旋电磁晶体管，其特征在于：所述纳米碳化硅薄膜结构(2)的中间层为4H-SiC薄膜，一端置于一层6H-SiC薄膜端部的上方，另一端置于另一层6H-SiC薄膜端部的下方。7.根据权利要求6所述的自激励单电子自旋电磁晶体管，其特征在于：所述纳米碳化硅单晶体薄膜(2-1)为P型掺杂或者N型掺杂的，分别构成纳米线异质结。8.一种根据权利要求1所述的自激励单电子自旋电磁晶体管的制作工艺，其特征在于：包括如下步骤：1)将衬底(1)的平面设为x-y平面，衬底(1)的法向设为z轴方向，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪涛，范例，张泽森，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42