[发明专利]一种基于外延生长半金属的自旋场效应晶体管及制备方法有效

专利信息
申请号: 201811071297.5 申请日: 2018-09-14
公开(公告)号: CN109461775B 公开(公告)日: 2022-03-15
发明(设计)人: 徐永兵;黄兆聪;杨龙;刘文卿;翟亚 申请(专利权)人: 南京大学
主分类号: H01L29/78 分类号: H01L29/78;H01L21/336;H01L29/08;H01L29/24
代理公司: 南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙) 32249 代理人: 陈建和
地址: 210093 江*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 外延 生长 金属 自旋 场效应 晶体管 制备 方法
【权利要求书】:

1.一种基于利用外延生长半金属的自旋场效应晶体管,其特征是,所述半金属材料为Fe3O4合金,采用的基片为As/n-GaAs /GaAs(100),在基片上承载了两个大小不同的半金属材料Fe3O4薄膜层作为电极基础,其中小的半金属材料的大小为: 17±5×156±20μm, 大的半金属材料Fe3O4薄膜层的大小为 97±10×156±20μm,两个大小不同的半金属材料Fe3O4薄膜层的间距为2.6 ±1μm;在半金属材料Fe3O4薄膜层上制备两对电极,通过改变半金属材料Fe3O4薄膜层上一对电极A、B间的外加电压,实现n-GaAs沟道内部的自旋反转,从而改变第二对电极C、D间的电流大小;在两个大小不同的半金属材料Fe3O4薄膜层制备电极;两对电极A、B与C、D分别并排制备在两个大小不同的半金属材料Fe3O4薄膜层上; A与C电极制备在大的半金属材料Fe3O4薄膜层上,B与D电极制备在小的半金属材料Fe3O4薄膜层上。

2.根据权利要求1所述的自旋场效应晶体管,其特征是,其中小的半金属材料Fe3O4薄膜层的大小为: 17×156μm, 大的半金属材料Fe3O4薄膜层大小尺寸为 97×156μm。

3.根据权利要求1所述的自旋场效应晶体管,其特征是,两个半金属材料Fe3O4薄膜层即电极间距为2.6 μm。

4.根据权利要求1所述的自旋场效应晶体管的外延制备方法,其特征是,所述半金属材料为Fe3O4合金,采用的基片为As/n-GaAs /GaAs(100),在基片上分子束外延生长半金属材料Fe3O4,进行光刻、刻蚀得到两个半金属材料Fe3O4薄膜层矩形块,在两个半金属材料Fe3O4薄膜层矩形块蒸镀两对电极工艺制备出自旋场效应晶体管;通过一对电极A、B电极间的电压控制第二对电极即C、D电极间电流的大小;基片中间的一层为厚度为500 nm,掺杂浓度为3 × 1018 cm−3的n-GaAs,基片底为500μm的本征GaAs(100),清洗GaAs基片,然后将其放入分子束外延生长腔室中,当腔体中真空度降低到2×10-10毫巴以下时,在830K的温度下退火30分钟来蒸发掉基片表面作为保护层的As,然后,在分子束外延生长腔体内,边生长Fe边通入氧气来在GaAs表面生长半金属材料Fe3O4;室温下,当分子束外延生长腔室中的气压低于1×10-9毫巴时,在GaAs表面生长4 nm的Fe3O4,生长过后,通过电子束刻蚀得到了两个大小不同的半金属材料Fe3O4作为电极的基础,其中小电极基础的大小为: 17×156μm, 大电极基础的大小为 97×156μm,电极基础间距为2.6 μm;然后利用光刻在电极表面覆盖一层光刻胶进行保护,随后将样品放入H2SO4中将其余半金属材料Fe3O4完全刻蚀掉;再在半金属材料Fe3O4电极的基础上生长两对金电极。

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