[发明专利]蓝宝石衬底的Fe掺杂自旋场效应晶体管及其制造方法

说明书

本发明涉及一种蓝宝石衬底的Fe掺杂自旋场效应晶体管及其制造方法，其中，制造方法包括：选取衬底材料；利用CVD工艺在衬底表面淀积Ga₂O₃外延层；在Ga₂O₃外延层4次选择性注入Fe离子；其中，注入Fe离子的区域分别形成源区和漏区；未注入Fe离子的区域为Ga₂O₃沟道区；在源区和漏区表面制作欧姆接触源极和漏极；利用PECVD工艺在Ga₂O₃外延层表面淀积SiO₂隔离层；在SiO₂隔离层表面刻蚀出宽度为1μm的栅区；在栅区制作肖特基接触栅电极以完成自旋场效应晶体管的制备。本发明提供的蓝宝石衬底的Fe掺杂自旋场效应晶体管及其制造方法，可通过调节离子注入的剂量和退火时间改变源漏材料中的掺杂浓度和缺陷浓度，从而优化室温下材料的自旋极化率。

技术领域

本发明属集成电路技术领域，特别涉及一种蓝宝石衬底的Fe掺杂自旋场效应晶体管以及一种蓝宝石衬底的Fe掺杂自旋场效应晶体管的制造方法。

背景技术

随着现代电子技术的迅速更新，传统电子器件的发展，无论是规模集成还是运算速度方面，均严重限制了微电子科学的发展。新兴的自旋电子学以便捷地调控电子自旋为主要目标，开启了以利用电子自旋来实现信息贮存和传输的新领域，引起物理学，材料学以及电子信息学等多科学领域中研究者的共同关注和广泛兴趣。

近年来，基于二维电子气提出的自旋场效应管，其理论与实验研究涉及了电子自旋输运及材料特性等多方面影响的复杂因素，引起了广大研究者的关注与探索。其基本构想为通过电光调制器的电子类比提出所谓的自旋场晶体管。由源极输入的电子自旋沿x方向，它可以表示为沿z方向正和负自旋分量的组合，通过电子有效质量哈密顿中的Rashba项引起的自旋向上和自旋向下的电子能量分裂，在输运过程中产生电子通过场效应管的相位差，在漏极接收到的沿x方向自旋的可以看成沿正负z方向自旋的电子相位产生变化，从而进行电流调控。而Rashba项中的Rashba系数Rashba系数η与异质结界面的电场成正比，因此可以通过加栅压来控制电流大小。

但是由于目前大部分工艺选用的源漏极材料与半导体材料如Sn的能带结构不匹配使得自旋注入的效率较低，只有百分之几。

因此，采用何种材料使源漏极以及沟道材料能带结构匹配从而提高注入效率，在自旋场效应晶体管器件的应用和研究中变的尤为重要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种蓝宝石衬底的Fe掺杂自旋场效应晶体管及其制造方法。可以优化材料在室温下的自旋极化率。

为实现上述目的，本发明提供一种蓝宝石衬底的Fe掺杂自旋场效应晶体管及其制造方法；本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明的一个实施例提供了一种蓝宝石衬底的Fe掺杂自旋场效应晶体管的制造方法，包括：

(a)选取衬底材料；

(b)在温度为940℃、射频源功率300W、压强1.5×10^-5Torr下，利用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)工艺在衬底表面淀积Ga₂O₃外延层；

(c)在Ga₂O₃外延层多次选择性注入Fe离子；其中，注入Fe离子的区域分别形成源区和漏区；未注入Fe离子的区域为Ga₂O₃沟道区；

(d)在源区和漏区表面制作欧姆接触源极和漏极；