[发明专利]三维空间束缚单杂质原子晶体管及其制备方法

权利要求书

1.一种三维空间束缚单杂质原子晶体管，基于SOI基片制备而成，所述三维空间束缚单杂质原子晶体管，包括：

硅衬底（10）；

氧化物绝缘层（11），制作在所述硅衬底（10）上；

双V型凹槽纳米结构（12），制作在所述氧化物绝缘层（11）上，双V型凹槽位于双V型凹槽纳米结构（12）的两端之间；

源区硅电导台面（13），位于所述氧化物绝缘层（11）上，与所述双V型凹槽纳米结构（12）的一端相连；

漏区硅电导台面（14），位于所述氧化物绝缘层（11）上，与所述双V型凹槽纳米结构（12）的另一端相连；

氧化物薄层，包裹在源区硅电导台面（13）、漏区硅电导台面（14）和双V型凹槽纳米结构（12）的表面；

栅极导电条（15），形成于氧化物绝缘层（11）上，将所述双V型凹槽纳米结构（12）的形成有双V型凹槽的部分覆盖，延伸方向垂直于所述双V型凹槽纳米结构（12）的延伸方向；以及

电极。

2.根据权利要求1所述的三维空间束缚单杂质原子晶体管，所述双V型凹槽纳米结构（12）的双V型凹槽间距L为50±5nm。

3.根据权利要求1所述的三维空间束缚单杂质原子晶体管，所述栅极导电条（15）包裹双V型凹槽纳米结构（12）的部分与双V型凹槽纳米结构（12）的凹槽形状一致，同为双V型凹槽结构。

4.根据权利要求1所述的三维空间束缚单杂质原子晶体管，所述源区硅电导台面（13）、漏区硅电导台面（14）和双V型凹槽纳米结构（12）的掺杂类型包括：N型或P型；掺杂浓度为1×10¹⁹ cm^-3至1×10²¹ cm^-3之间。

5.根据权利要求1所述的三维空间束缚单杂质原子晶体管，所述氧化物薄层的材料包括：SiO₂、氮氧化物、HfO₂、ZrO₂、Ta₂O₅、BST或PZT。

6.根据权利要求1所述的三维空间束缚单杂质原子晶体管，所述栅极导电条（15）的材料包括：多晶硅、多晶硅/锗、金属、金属化合物或其组合。

7.根据权利要求1所述的三维空间束缚单杂质原子晶体管，所述电极包括：

源电极（16），制作在源区硅电导台面（13）上，与源区硅电导台面（13）实现欧姆接触；

漏电极（17），制作在漏区硅电导台面（14）上，与漏区硅电导台面（14）实现欧姆接触；以及

栅电极（18），制作在栅极导电条（15）上，与栅极导电条（15）实现欧姆接触。

8.根据权利要求7所述的三维空间束缚单杂质原子晶体管，其中所述源电极（16）和漏电极（17）的制备材料包括：退火的Ni/Al合金。

9.根据权利要求7所述的三维空间束缚单杂质原子晶体管，所述栅电极的制备材料包括：多晶硅或金属Ti/Al。

10.一种三维空间束缚单杂质原子晶体管的制备方法，用于制备权利要求1至9任一项所述的三维空间束缚单杂质原子晶体管，所述三维空间束缚单杂质原子晶体管的制备方法，包括：

步骤 1 ：选取（100）型SOI基片；

步骤 2 ：将步骤1所选取的SOI基片上淀积SiO₂掩膜层并进行离子注入；

步骤 3 ：在步骤2中SOI基片上淀积的SiO₂层中间部分刻蚀两个相邻的矩形凹槽窗口，形成硬掩模图形；

步骤 4 ：对步骤3所制备的矩形凹槽进行化学腐蚀，获得由硅{111}晶面围成的双V型凹槽结构（122）；

步骤 5 ：在该SOI基片的顶层硅上刻蚀制备源区硅电导台面（13）、漏区硅电导台面（14）和双V型凹槽纳米结构（12）；

步骤 6 ：在步骤5所制备的双V型凹槽纳米结构（12）、源区硅电导台面（13）和漏区硅电导台面（14）的表面热氧化形成SiO₂包裹层；

步骤 7 ：淀积导电材料，制作出延展方向垂直于双V型凹槽纳米结构（12）延展方向的栅极导电条（15）； 以及

步骤 8 ：在源区硅电导台面（13）、漏区硅电导台面（14）和栅极导电条（15）上分别制备源电极（16）、漏电极（17）和栅电极（18），完成三维空间束缚单杂质原子晶体管的制备。