[发明专利]自激励单电子自旋电磁晶体管及制作工艺

说明书

本发明公开了一种基于自激励单电子自旋电磁晶体管及制作工艺，所述晶体管包括衬底，衬底上设置有纳米碳化硅薄膜结构、源极、漏极、栅极，纳米碳化硅薄膜结构由层状纳米碳化硅单晶体薄膜互嵌构成，纳米碳化硅薄膜结构的两端分别与源极和漏极接触，形成源漏极有源区，纳米碳化硅薄膜结构的上部依次设置有绝缘层、接触金属层，栅极从接触金属层引出。本发明通过设置由层状纳米碳化硅单晶体薄膜互嵌构成的纳米碳化硅薄膜结构形成的纳米线或带，作为晶体管有源区，源漏极用Pd作为接触金属，形成肖特基势垒，其中出现隧穿。在室温下，本发明基于自激励单电子自旋电磁晶体管的源漏电压与漏电流的关系呈现干涉现象。

技术领域

本发明属于量子科学与技术领域，涉及量子干涉器件，具体地指一种自激励单电子自旋电磁晶体管及制作工艺。

背景技术

自从1911年荷兰科学家海克·卡末林·昂内斯(Heike Kamerlingh Onnes)等人发现接近绝对零度的低温下个别金属呈现电阻为零和电压为零的超导现象以来，人类对于超导体的研究取得了瞩目成就，最重要的发现是1962年英国物理学家Josephson，BrianDavid发现后来以其名字命名的Josephson结。约瑟夫森计算了超导结的隧道效应并得出结论：如果两个超导体距离足够近，电子对可以通过超导体之间的极薄绝缘层形成超导电流，而超导结上并不出现电压；如果超导结上加有电压，可产生高频超导电流。约瑟夫森由于预言隧道超导电流而获得1973年度诺贝尔物理学奖。利用Josephson结发明了超导量子干涉器件(superconducting quantum interference device system，squids)。如今，在各行各业的高精度磁场测试设备中都配备了squids。这一设备是灵敏度极高磁感应强度的测试器件。但它运行条件苛刻，就是在低温下运行，尽管现在有人采用高温超导体，但也是停留在液氮温区。这给在室温下需要运行量子干涉器件测试磁场强度带来了困难，发现和制造新的能够应用于室温下测试磁场现象的器件成为必要。

利用Josephson结建立超导弱连接，制造灵敏的电子测量装置，一直是活跃课题。Squids按照结构或工作方式可分为两种：即直流超导量子干涉仪，简称dc-squid，器件含有两个Josephson结的超导环；另一种是工作在射频10MHz～100GHz范围的单Josephson结的超导环，它配置一个与之耦合的射频谐振电路，称为射频超导量子干涉仪，简称rf-sqiuds。超导量子干涉仪是极为灵敏的磁通电压转换器。当外部磁通穿过squid环时，squid的状态就会变化，通过电子线路将这些磁通的变化转化为电压信号输出，从而检测出外部磁通的变化。它的灵敏度是自旋量子干涉晶体管之外的最灵敏磁通检测技术。尽管采用高温超导体制作squid实现了液氮温区的检测技术，由于高温超导体并不稳定，且制造工艺复杂，设备运行仍然显得笨拙和成本昂贵，发展室温下自旋量子干涉晶体管成为亟需。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种自激励单电子自旋电磁晶体管及制作工艺，以纳米碳化硅薄膜和纳米线碳化硅材料的多型异质结构造晶体管，出现了室温下量子干涉现象，构造基于自旋晶体管的量子干涉器件。

为达到上述目的，本发明提及的一种自激励单电子自旋电磁晶体管，包括衬底，所述衬底上设置有纳米碳化硅薄膜结构、源极、漏极、栅极，其特殊之处在于，所述纳米碳化硅薄膜结构由层状纳米碳化硅单晶体薄膜互嵌构成，所述纳米碳化硅薄膜结构的两端分别与源极和漏极接触，形成源漏极有源区，所述纳米碳化硅薄膜结构的上部依次设置有绝缘层、接触金属层，所述栅极从接触金属层引出。

进一步地，所述纳米碳化硅薄膜结构为多型纳米碳化硅单晶体构成，形成多型层互嵌结构。

更进一步地，所述纳米碳化硅薄膜结构的中间层为纯净碳化硅单晶体薄膜，其他层为轻掺杂碳化硅单晶体薄膜。

更进一步地，所述纳米碳化硅单晶体包括4H、6H、3C、15R、准晶态碳化硅中一种或多种。