[发明专利]围栅控制结构的硅基单电子晶体管及其制作方法

权利要求书

1.一种围栅控制结构的硅基单电子晶体管，其特征在于，该硅基单电子晶体管包括：

用于支撑整个硅基单电子晶体管的绝缘体上硅SOI衬底，包括硅基底(1)、绝缘层(2)和顶层硅；

在所述SOI衬底上由顶层硅制作的硅源极导电台阶(3)、硅漏极导电台阶(4)、硅纳米电导线(5)以及量子点接触结构(6)，所述硅源极导电台阶(3)和硅漏极导电台阶(4)左右对称的分布于所述绝缘层(2)表面，并通过所述硅纳米电导线(5)相连接，所述量子点接触结构(6)位于所述硅纳米电导线(5)上的硅源极导电台阶(3)和硅漏极导电台阶(4)中间位置；

在所述硅源极导电台阶(3)、硅漏极导电台阶(4)、硅纳米电导线(5)和量子点接触结构(6)表面，通过热氧化形成的绝缘氧化层(7)；

位于所述硅源极导电台阶(3)上绝缘氧化层(7)上的源极欧姆金属电极(8)，以及位于所述硅漏极导电台阶(4)上绝缘氧化层(7)上的漏极欧姆金属电极(9)；

位于所述硅纳米电导线(5)上绝缘氧化层(7)上，靠近所述量子点接触结构(6)且在所述硅源极导电台阶(3)一侧的围栅金属电极(10)。

2.根据权利要求1所述的围栅控制结构的硅基单电子晶体管，其特征在于，所述硅纳米电导线(5)上形成量子点接触结构(6)处，在热氧化过程形成绝缘氧化层(7)的同时，形成硅量子点，构成硅基单电子晶体管的基本单元。

3.根据权利要求1所述的围栅控制结构的硅基单电子晶体管，其特征在于，在所述围栅金属电极(10)和量子点接触结构(6)之间，形成一个局域的库仑岛区域，在硅基单电子晶体管的源漏两极加上偏压，使电子从围栅金属电极(10)一侧流入库仑岛区域，通过围栅金属电极(10)上电压的变化，库仑岛的尺寸和费米能级也将发生变化，从而控制进入单电子晶体管的电荷量，并克服热电子产生的信号噪声。

4.一种制作围栅控制结构硅基单电子晶体管的方法，其特征在于，该方法包括：

A、对SOI衬底的顶层硅采用电子束光刻、感应耦合等离子体刻蚀和硅湿法腐蚀方法，制作出硅源极导电台阶(3)、硅漏极导电台阶(4)、硅纳米电导线(5)和量子点接触结构(6)；

B、热氧化硅源极导电台阶(3)、硅漏极导电台阶(4)、硅纳米电导线(5)和量子点接触结构(6)表面，形成绝缘氧化层(7)；

C、采用电子束光刻、金属淀积、剥离和热退火，在硅源极导电台阶(3)和硅漏极导电台阶(4)上制作出金属欧姆电极；

D、采用电子束光刻、金属淀积和剥离，在硅纳米电导线(5)上的绝缘氧化层(7)上，靠近所述量子点接触结构(6)且在所述硅源极导电台阶(3)一侧制作出围栅金属电极(10)。

5.根据权利要求4所述的制作围栅控制结构硅基单电子晶体管的方法，其特征在于，所述步骤A包括：

A1、热氧化晶向为(100)的SOI衬底，在顶层硅表面形成二氧化硅掩膜层；

A2、利用电子束曝光技术按照晶向在SOI衬底上制作硅源极导电台阶(3)、硅漏极导电台阶(4)、硅纳米电导线(5)和量子点接触结构(6)的图形；

A3、利用感应耦合等离子体干法刻蚀技术刻蚀二氧化硅掩膜层，将电子束胶上的硅源极导电台阶(3)、硅漏极导电台阶(4)、硅纳米电导线(5)和量子点接触结构(6)的图形转移到二氧化硅掩膜层；

A4、利用各向异性湿法腐蚀技术TMAH+异丙醇IPA，将二氧化硅掩膜层上的图形转移到顶层硅上。

6.根据权利要求4所述的制作围栅控制结构硅基单电子晶体管的方法，其特征在于，

步骤B中所述硅源极导电台阶(3)、硅漏极导电台阶(4)、硅纳米电导线(5)和量子点接触结构(6)的表面，在热氧化过程中，形成绝缘氧化层，钝化硅表面态；

步骤B中在硅纳米电导线(5)上形成的量子点接触结构(6)处，在热氧化过程形成绝缘氧化层的同时，形成硅量子点，构成硅基单电子晶体管的基本单元。