[发明专利]自旋电子晶体管

权利要求书

1.一种半导体器件，包括：

衬底；

沟道区域，该沟道区域形成在所述衬底上；

自旋注入器，该自旋注入器形成在所述衬底上、所述沟道区域的第一 侧，并且被配置为将自旋极化电流扩散到所述沟道区域中；

自旋检测器，该自旋检测器形成在所述衬底上、所述沟道区域的第二 侧，并且被配置为接收来自所述沟道区域的所述自旋极化电流；以及

栅极，该栅极形成在所述衬底上、所述沟道区域的地带中，

其中，所述沟道区域包括SiGe/Si异质结构沟道，所述SiGe/Si异质结 构沟道既用作限制层，也用作应力源来提高Si导带中的简并和影响所注入 的电子的自旋力学。

2.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述自旋注入器包括：

铁磁材料、以及插入在所述铁磁材料和所述衬底之间的介电材料。

3.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述自旋检测器包括：

铁磁材料、以及插入在所述铁磁材料和所述衬底之间的介电材料。

4.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述衬底包括硅、部分耗 尽的绝缘体上硅、全部耗尽的绝缘体上硅、或者虚拟锗化硅，或者其中两 者或更多者的组合。

5.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述栅极包括：

栅电极材料；以及

插入在所述栅电极材料和所述衬底之间的介电材料，其中，

所述栅电极材料是多晶硅和金属二者之一，并且

所述介电材料是二氧化硅、氮氧化硅和高k介电材料中之一。

6.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述自旋注入器和自旋检 测器各自包括铁磁金属。

7.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述自旋注入器和自旋检 测器各自包括铁磁半导体。

8.如权利要求6所述的半导体器件，其中，所述自旋注入器和所述自 旋检测器中至少一者的铁磁金属包括Co。

9.如权利要求8所述的半导体器件，其中，所述铁磁金属由Co构 成。

10.如权利要求1所述的半导体器件，其中，

所述自旋注入器包括固定磁化结构，

所述自旋检测器包括可切换的磁化结构，并且

当所述自旋检测器的磁化与所述自旋注入器的磁化平行时，所述自旋 极化电流从所述自旋注入器流到所述自旋检测器。

11.如权利要求10所述的半导体器件，其中，

当所述自旋检测器的磁化与所述自旋注入器的磁化反平行时，所述自 旋极化电流不从所述自旋注入器流到所述自旋检测器。

12.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述自旋注入器或自旋 检测器中的至少一者被包括在形成于所述衬底中的相应沟槽中。

13.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述自旋注入器或自旋 检测器中的至少一者被提升为至少部分地在所述衬底上方延伸。

14.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述自旋注入器或自旋 检测器中的至少一者包括：

形成在所述衬底上的耗尽的n++半导体层；

形成在所述耗尽的n++半导体层上的介电层；以及

形成在所述介电层上的铁磁层。

15.如权利要求10所述的半导体器件，其中，所述自旋检测器包括：

切换机构，该切换机构被配置为切换所述自旋检测器的磁化方向。