[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

说明书

基于利用外延生长半金属的自旋场效应晶体管，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，其中小的半金属材料的大小为:17±5×156±20μm,大的半金属材料的大小为97±10×156±20μm，两个大小不同的半金属材料的间距为2.6±1μm；在半金属材料薄膜层上制备两对电极，通过改变Fe₃O₄薄膜层第一对电极间的外加电压，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。

技术领域

本发明涉及微电子器件及制备，更具体地，涉及基于利用外延生长半金属制备自旋场效应晶体管的制备过程，所述半金属材料为Fe₃O₄合金。

背景技术

场效应晶体管(Field Effect Transistor，FET)，基于半导体材料，利用电场效应来控制晶体管的电流，是一种利用输入电压控制输出电流的半导体器件，已成为人类信息时代的基础元件。然而为了提高单位面积上的计算性能，场效应晶体管的尺寸不断缩小，已接近量子隧穿效应的极限尺寸，在物理原理上限制了场效应晶体管进一步集成化。此外在小尺寸下，器件的散热、功耗等问题始终无法得到有效的解决。二十世纪以来，人们发现电子除了携带电荷的属性以外，还带有自旋的内禀属性。1990年Datta和Das首次提出了利用电子自旋特性的新型电子器件——自旋场效应晶体管，其基本结构如图一所示：两边的铁磁性材料分别作为源极(S)和漏极(D)，并具有相同的极化方向(内部电子自旋取向相同)，用以注入和收集自旋极化的电子。栅极(G)电场使沟道中高速运动的电子的自旋发生进动或转动，改变源极和漏极间的导通状态。当栅极有外加电压时，沟道内部的自旋反转，由平行反转为反平行，被D极排斥而不导电，从而S-D电流受到栅电压的控制。

发明内容

本发明目的是，提出一种基于半金属材料的自旋场效应晶体管及其生长与制备。尤其是利用外延生长Fe₃O₄并进行微加工处理，制备出自旋场效应晶体管。

本发明技术方案：一种基于外延生长半金属的自旋场效应晶体管，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，其中小的半金属材料的大小为:17±5×156±20μm,大的半金属材料的大小为97±10×156±20μm，两个大小不同的半金属材料的间距为2.6±1μm；在半金属材料薄膜层上制备两对电极，通过改变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。

两个大小不同的半金属材料Fe₃O₄薄膜层，在Fe₃O₄制备电极，其中小Fe₃O₄薄膜层的大小为:17×156μm,大电极的Fe₃O₄薄膜层大小尺寸为97×156μm。

两个Fe₃O₄薄膜层(电极)间距为2.6μm。