碳纳米管场发射自旋电子源的制备方法技术

本发明专利技术碳纳米管场发射自旋电子源的制备方法，属于电子技术领域中大规模集成电路中所用的电子器件，特别涉及到自旋电子源的制备方法。本发明专利技术采用半导体单晶硅做为衬底，首先在衬底上通过磁控溅射或离子束溅射手段制备Ｃｏ、ＦｅＮｉ铁磁性金属及稀磁半导体自旋极化电极，以便实现自旋电子向碳纳米管中的注入。然后在自旋电极表面采用定域组装、定向生长或印刷技术制备碳纳米管，获得碳纳米管场发射冷阴极。通过高分辨电子显微镜或喇曼散射对碳纳米管冷阴极进行测试表征，建立碳纳米管自旋电子场发射的物理模型；优化结构设计，选择最佳实验条件，获得高效碳纳米管场发射自旋电子源；该电子源的优点是可使器件紧凑，小型化，功耗小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子科学与
中大规模集成电路所 用的电子器件，特别涉及到集成电路中的碳纳米管场发射自旋电子源 的制备方法。
技术介绍
人类对电子的认识奠定了现代文明的基础。在目前蓬 勃发展的电子科学与
，主要是通过电子的电荷特征对电子进 行控制、操纵和利用。然而，伴随着大规模集成电路中电子器件尺寸 的进一步縮小，特别是晶体管尺寸达到十几纳米到几纳米时，现在的 微电子技术将受到技术上、经济上的限制，特别是受到基本物理原理 的限制。为克服这一困难，人们逐渐把注意力转向电子的内禀属 性一一自旋，并试图通过电子的自旋特征对电子进行更为深入的控 制、操纵和利用，以突破物理极限，实现更高的集成度。目前，人们是通过偏振极化光电子发射来获得自由空间自旋极化 电子朿。利用该技术获得的自旋极化电子束的极化度已超过80%， 量子效率达到1%，并广泛应用于直线加速器上。但从发展的角度看， 这种技术需要通过激光器提供偏振光产生自旋极化电子束，不但增加 功耗，而且不利于实现紧凑型与小型化。由于目前与电子自旋相关的 科学与技术研究刚刚起步，尚未有人明确提出开展紧凑型、小型化的 高效自旋电子源研究。
技术实现思路
本专利技术着眼未来发展，提出开展新型紧凑型自旋电子源一 一碳纳 米管场发射自旋电子源研究。揭示相关的自旋电子输运和发射机制。 碳纳米管具有优异的场致电子发射性能及自旋电子传输性能，通过自 旋极化电极将自旋电子注入到碳纳米管，在电场作用下实现自旋发 射，获得自旋电子束。近年来，以碳纳米管场发射为电子源的应用基 础研究取得了一系列突破，包括碳纳米管场发射显示器件、高亮度碳 纳米管场发射照明光源、碳纳米管场发射X—射线管、碳纳米管场发 射电子探针等，这些重要的研究进展表明碳纳米管场发射可以作为实 用化的电子源。此外，碳纳米管的磁隧道结、碳纳米管的自旋电子注 入、碳纳米管自旋场效应管、碳纳米管中自旋电子输运等研究为本发 明的可行性提供了理论依据和实验途径。本专利技术要解决的技术问题提供碳纳米管场发射自旋电子源的制 备方法。利用碳纳米管优异的场致电子发射性能及自旋电子传输性 能，通过自旋极化电极将自旋电子注入到碳纳米管，制备高效自旋 极化电极、在自旋极化电极上制备碳纳米管冷阴极。技术方案本专利技术采用半导体单晶硅做为衬底，首先在衬底上通过磁控溅射、离子束溅射手段制备Co、 FeNi及稀磁半导体等自旋极化电极，以便实现自旋电子向碳纳米管中的注入。然后在自旋电极表 面采用定域组装、定向生长或印刷技术制备碳纳米管，获得碳纳米管 场发射冷阴极。在电场作用下实现自旋的电子发射，获得自旋电子束。优点碳纳米管具有优异的场致电子发射性能和自旋电子传输性 能，在较低的开启电压下可以获得很高的场致发射电流。通过自旋极化电极将自旋电子注入到碳纳米管，在电场作用下实现自旋电子发 射，从而获得自旋电子束。以此获得的碳纳米管场发射自旋电子源可 实现器件紧凑和小型化，解决目前人们利用偏振极化光电子发射获得 自由空间自旋极化电子束技术中，需要通过激光器提供偏振光产生自 旋极化电子束，功耗增加，结构松散，体积过大的缺点，更有利于目 前高速发展的电子科学与
中大规模集成电路中电子器件尺 寸进一步縮小的需要。具体实施例方式首先开展碳纳米管自旋电子场发射阴极结构设 计，特别是对自旋注入电极结构设计。在硅衬底上采用磁控溅射、离子束溅射技术制备Co、FeNi铁磁性金属及稀磁半导体自旋注入电极。然后在自旋电极表面制备催化剂模板，分别采用热化学气相沉积技 术、定域组装技术、碳纳米管中混合磁性材料粉末印刷技术制备碳纳 米管阵列，通过高分辨电子显微镜、喇曼散射等手段对碳纳米管冷阴 极进行测试表征，开展自旋电子发射输运的理论与实验研究，建立碳 纳米管自旋电子场发射的物理模型。通过对碳纳米管场发射自旋电子 源的物理性能表征研究指导实验，优化结构设计，选择最佳实验条件， 获得高效碳纳米管场发射自旋电子源。本文档来自技高网...

【技术保护点】
碳纳米管场发射自旋电子源的制备方法，其特征在于制备方法如下：第一步、首先对自旋注入电极进行结构设计；第二步、采用半导体单晶硅做为衬底，在衬底上通过磁控溅射或离子束溅射，制备Ｃｏ、ＦｅＮｉ铁磁性金属及稀磁半导体自旋极化电极；第三步、在自旋电极表面制备催化剂模板，分别采用热化学气相沉积技术、定域组装技术、碳纳米管中混合磁性材料粉末印刷技术制备碳纳米管阵列；第四步、通过高分辨电子显微镜或喇曼散射对碳纳米管冷阴极进行测试表征，建立碳纳米管自旋电子场发射的物理模型；第五步、通过对碳纳米管场发射自旋电子源的物理性能表征研究指导实验，优化结构设计，选择最佳实验条件，获得高效碳纳米管场发射自旋电子源；。

【技术特征摘要】
1、碳纳米管场发射自旋电子源的制备方法，其特征在于制备方法如下第一步、首先对自旋注入电极进行结构设计；第二步、采用半导体单晶硅做为衬底，在衬底上通过磁控溅射或离子束溅射，制备Co、FeNi铁磁性金属及稀磁半导体自旋极化电极；第三步、在自旋电极表面制备催化剂模板，分别采用热化学气相沉积技术、定域组...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋红，宋航，李志明，缪国庆，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]