[发明专利]电子晶体自旋场效应晶体管及制造方法和应用

权利要求书

1.电子晶体自旋场效应晶体管，包括基板、原子层厚度的磁隧道结、绝缘层和栅极层，其特征在于：所述自旋场效应晶体管包括盖板、结构层和衬底，结构层由原子层厚度的电子晶体、铁磁源极、铁磁漏极、绝缘层和衬底形成的密闭空腔组成；所述盖板顶部粘接有栅极层，用于接收外部电压。

2.根据权利要求1所述的电子晶体自旋场效应晶体管，其特征在于：原子层厚度的磁隧道结是由原子层厚度的电子晶体、铁磁源极、铁磁漏极和绝缘层制备而成。

3.根据权利要求1所述的电子晶体自旋场效应晶体管，其特征在于：原子层厚度的电子晶体主要包括Ca₂N、Ba₂N、Y₂C、Sr₂N、Gd₂C、Tb₂C、Dy₂C、Ho₂C和Er₂C等。

4.根据权利要求1所述的电子晶体自旋场效应晶体管，其特征在于：原子层厚度的电子晶体通过氢氟酸对其表面进行氟元素功能化，作为自旋场效应晶体管中的电子施主。

5.根据权利要求1所述的电子晶体自旋场效应晶体管，其特征在于：原子层厚度的铁磁源极是由三碘化铬组成，用于自旋场效应晶体管中的电子受体。

6.根据权利要求1所述的电子晶体自旋场效应晶体管，其特征在于：原子层厚度的铁磁漏极材料和铁磁源极相同。

7.根据权利要求1所述的电子晶体自旋场效应晶体管，其特征在于：绝缘层的材料为三氧化二铝或氧化锰。

8.根据权利要求1所述的电子晶体自旋场效应晶体管，其特征在于：衬底和盖板的材料是硅、氮化硼或二氧化硅。

9.根据权利要求1所述的电子晶体自旋场效应晶体管，其特征在于：栅极层的材料为二氧化硅。

10.根据权利要求1所述的电子晶体自旋场效应晶体管，其特征在于：电子晶体作为原子层厚度的磁隧道结的主要材料，具有柔性、原子尺度、密度高、能量低、速度快、隧穿磁阻大和稳定性高等优点。

11.根据权利要求1所述的电子晶体自旋场效应晶体管，其特征在于：电子晶体作为自旋场效应晶体管的主要材料，在工业很容易制得，化学刻蚀、水热合成法、化学气相沉积法等，使得其相比于其它感应器成本更低，应用范围更广。

12.电子晶体作为一种自旋场效应晶体管的主要组成，其特征在于，包括以下步骤：

块状氮化二钙电子阴离子化合物是由二氮化三钙与钙金属还原而成的。将二氮化三钙研磨成非常细的粉末，并添加钙颗粒。以1.02:1钙金属:二氮化三钙的摩尔比将混合物在一起研磨，并使用液压机在约0.56GPa的压力下将混合物压制成颗粒。另外约0.600g钙金属加入到混合物中并一起放入钼箔袋中，随后将其卷曲闭合。然后将钼袋密封在一个真空石英安瓿瓶内。安瓿瓶在马弗炉中以100K/hr的升温速率加热至1100K。将温度在1100K下保持2天，之后在24小时内冷却至室温。所有材料均储存在氮气氛的手套箱中，所有合成步骤均在氮气氛下进行。随后在氟化氢气氛下对电子晶体进行氟元素功能化；

对块状氮化二钙电子晶体采用液体剥离法，将其制备成电子晶体。在手套箱中工作时，我们将大量块状氮化二钙电子晶体粉末悬浮在1,3-二氧戊环、碳酸二甲酯和二甲氧基乙烷的无水溶液中，并将悬浮液密封在聚丙烯盖的小瓶中，瓶盖上包裹额外的副膜和聚四氟乙烯胶带。我们将密封悬浮液在手套箱外的水超声浴中超声处理100分钟，浴温度低于34℃。依次制备出氮化二钙电子晶体。之后可以继续沿用相关自旋场效应晶体管的制造流程依次在衬底上放置原子层厚度的电子晶体、铁磁源极、铁磁漏极和绝缘层。构成新型原子尺度自旋场效应晶体管，不仅尺寸更小，而且灵敏度高，功耗更低。