[发明专利]一种超导场效应晶体管、其制作方法及应用方法

权利要求书

1.一种超导场效应晶体管的制作方法，其特征在于，所述制作方法至少包括：

1）提供一绝缘体上半导体衬底，包括背衬底、背衬底上的绝缘层及绝缘层上的第一掺杂导电类型的半导体薄膜；

2）于所述半导体薄膜定义沟道区，并刻蚀所述沟道区两侧至所述绝缘层以形成欲制备源极与漏极的区域；

3）于所述欲制备源极与漏极的区域分别形成与所述沟道区掺杂导电类型相同的超导体源极与超导体漏极；

4）选择性去除所述沟道区下垂向区域的绝缘层以在所述沟道区下垂向区域形成隧道结构，并对所述沟道区进行圆角化处理；

5）于所述沟道区表面包裹栅氧层，且所述栅氧层的厚度小于所述隧道结构的高度；

6）于所述栅氧层表面包裹电极层，且使电极层填满所述隧道结构，形成栅极以完成所述超导场效应晶体管的制作。

2.根据权利要求1所述的超导场效应晶体管的制作方法，其特征在于：依据超导电子对之间的关联长度确定所述沟道区的长度。

3.根据权利要求1所述的超导场效应晶体管的制作方法，其特征在于：所述沟道区的长度为10~1000nm。

4.根据权利要求1所述的超导场效应晶体管的制作方法，其特征在于：所述半导体薄膜为P型掺杂或N型掺杂的Si、Ge、SiGe、SiGeC、或III-V半导体材料。

5.根据权利要求4所述的超导场效应晶体管的制作方法，其特征在于：所述半导体薄膜为N型掺杂，且所述超导体源极与超导体漏极为N型的Nd-Ce-Cu-O或Nd-Cu-O-F基超导薄膜。

6.根据权利要求4所述的超导场效应晶体管的制作方法，其特征在于：所述半导体薄膜为P型掺杂，且所述超导体源极与超导体漏极为P型的La-Sr-Cu-O、Y-Ba-Cu-O、Bi-Sr-Ca-Cu-O或Tl-Ba-Sr-Cu-O基超导薄膜。

7.根据权利要求1所述的超导场效应晶体管的制作方法，其特征在于：所述步骤3）中，先采用原子层沉积或分子束沉积于所述欲制备源极与漏极的区域形成超导体薄膜，然后采用化学机械抛光平坦化以形成所述超导体源极与超导体漏极。

8.根据权利要求1所述的超导场效应晶体管的制作方法，其特征在于：所述步骤4）中，先对所述沟道区进行高温氧化以在其表面形成氧化层，然后采用BOE湿法腐蚀工艺刻蚀所述氧化层，接着在氢气气氛下于1000~1200℃进行退火，以圆角化所述沟道区，形成圆柱体沟道区。

9.根据权利要求1所述的超导场效应晶体管的制作方法，其特征在于：所述步骤5）中，采用化学气相沉积法或原子层沉积法形成所述栅氧层。

10.根据权利要求1所述的超导场效应晶体管的制作方法，其特征在于：所述步骤6）中，采用化学气相沉积法或原子层沉积法形成所述电极层，所述电极层为金属硅化物。

11.根据权利要求1所述的超导场效应晶体管的制作方法，其特征在于：所述步骤6）后还包括采用化学气相沉积法于所述超导场效应晶体管表面沉积介电层，并通过各向异性反应离子刻蚀以形成栅极介质隔离侧墙结构的步骤。

12.一种超导场效应晶体管，其特征在于，至少包括：绝缘体上半导体衬底，形成在所述绝缘体上半导体衬底上的超导体源极、超导体漏极、位于所述超导体源极与超导体漏极之间的沟道区、以及栅极结构，其中，所述沟道区、超导体源极、及超导体漏极的掺杂导电类型相同。

13.根据权利要求12所述的超导场效应晶体管，其特征在于：所述沟道区的长度为10~1000nm。

14.根据权利要求12所述的超导场效应晶体管，其特征在于：所述沟道区为圆柱、棱柱、圆台或棱台结构。

15.根据权利要求12所述的超导场效应晶体管，其特征在于：所述沟道区为Si、Ge、SiGe、SiGeC、或III-V半导体材料形成的纳米线或纳米带结构。

16.根据权利要求12所述的超导场效应晶体管，其特征在于：所述超导体源极、超导体漏极及沟道区均为N型掺杂。

17.根据权利要求16所述的超导场效应晶体管，其特征在于：所述超导体源极与超导体漏极为Nd-Ce-Cu-O或Nd-Cu-O-F基超导薄膜。