專利名稱：基于雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)開關(guān)及放大器件，即晶體管，尤其是一種基于雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管器件。
背景技術(shù)：
自1988年在磁性多層膜中發(fā)現(xiàn)巨磁阻效應(yīng)(GMR)以來，在物理和材料科學(xué)的研究和應(yīng)用中取得了很大進(jìn)展。1993年Johnson[M.Johnson，Science 260(1993)320]提出了一個由鐵磁性金屬發(fā)射極、一個厚度小于自旋擴(kuò)散長度的非磁性金屬基極和另一個鐵磁性金屬集電極組成的“鐵磁性金屬/非磁性金屬/鐵磁性金屬”三明治全金屬自旋晶體管。圖1是這種全金屬自旋晶體管的示意圖。這種全金屬晶體管的速度可與半導(dǎo)體Si器件相比，但能耗低10-20倍，密度高約50倍，且耐輻射，具有記憶功能，可以組成未來量子計算機(jī)的各種邏輯電路、處理器等。后來IBM實(shí)驗組提出了以單勢壘磁性隧道結(jié)自旋晶體管，其結(jié)構(gòu)為金屬(發(fā)射極)/氧化鋁/鐵磁性金屬(基極)/半導(dǎo)體材料(集電極)。然而這類晶體管由于基極與集電極之間的肖特基勢而有以下缺點(diǎn)①缺乏對基極—集電極勢能的控制；②在低發(fā)射極—基極電壓下大的漏電流；③較小的集電極電流。1997年Zhang[X.D.Zhang，Phys.Rev.B56(1997)5484]從理論上預(yù)言了在磁性雙勢壘隧道結(jié)中存在隧道磁電阻(TMR)振蕩現(xiàn)象，2002年S.Yuasa[S.Yuasa，Science 297(2002)234]在單勢壘磁性隧道結(jié)中發(fā)現(xiàn)了自旋極化共振隧穿現(xiàn)象。而利用雙勢壘隧道結(jié)的共振隧穿效應(yīng)制作的共振隧穿自旋晶體管，可以克服上述問題，具有以下優(yōu)點(diǎn)大的集電極電流；可變的基極—集電極電壓；較小的漏電流；同時可用于磁敏開關(guān)、電流放大器件和振蕩器件等。但由于對雙勢壘隧道結(jié)的研究甚少，且很難制備出完好的雙勢壘隧道結(jié)，目前，尚未有基于雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有的單勢壘磁性隧道結(jié)自旋晶體管缺乏對基極—集電極勢能的控制、在低發(fā)射極—基極電壓下漏電流大，以及集電極電流較小的缺陷；從而提供一種具有大的集電極電流，和可變的基極—集電極電壓，同時又具有較小的漏電流的、可用于磁敏開關(guān)、電流放大器件和振蕩器件的，基于雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的晶體管。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的如圖2a所示，本發(fā)明提供的一種基于雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的晶體管，包括一襯底1、發(fā)射極3、基極5、集電極7和第一隧道勢壘層4，其中第一隧道勢壘層4設(shè)置在發(fā)射極3和基極5之間；其特征在于還包括第二隧道勢壘層6；該第二隧道勢壘層6在基極5與集電極7之間；并且發(fā)射極3與基極5間和基極5與集電極7間形成的隧道結(jié)的結(jié)面積的大小為1平方微米～10000平方微米；所述的基極5的厚度應(yīng)當(dāng)與該層材料的電子平均自由程可比擬；所述的發(fā)射極3、基極5和集電極7中有且僅有一極的磁化強(qiáng)度的方向是自由的，即該層的磁化強(qiáng)度的方向可隨外加磁場而發(fā)生改變。
所述的襯底包括由絕緣材料或非絕緣材，或半導(dǎo)體材料制成；所述的絕緣材料包括Al2O3，SiO2和Si3N4，其襯底的厚度為0.3mm到5mm。
所述的非絕緣材料包括Cu，Al。
所述的半導(dǎo)體材料包括Si、Ga、GaN、GaAs、GaAlAs、InGaAs或InAs。
在上述的技術(shù)方案中，當(dāng)襯底為非絕緣材料或半導(dǎo)體材料制成時，還包括在襯底上設(shè)置一絕緣材料層2，該絕緣材料層2的厚度為10-500nm。所述的絕緣材料層2包括三氧化二鋁(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)，氮化硅(Si3N4)，其厚度為50～500nm。
在上述的技術(shù)方案中，還包括一個導(dǎo)電保護(hù)層8，該導(dǎo)電保護(hù)層8設(shè)置在發(fā)射極3、基極5和集電極7上，該導(dǎo)電保護(hù)層8包括金、鉑、銀、鋁、鉭等或其它抗氧化金屬導(dǎo)電材料制作，其厚度為0.5～10nm。
在上述的技術(shù)方案中，所述的發(fā)射極3包括用鐵磁性材料FM、半金屬磁性材料HM、磁性半導(dǎo)體材料MSC、或有機(jī)磁性材料OM、半導(dǎo)體材料SC、非磁性金屬材料NM、或Nb等金屬和YBa2Cu3O7等Cu-O系列的超導(dǎo)材料SP制作，其厚度為2nm～20nm。
在上述的技術(shù)方案中，所述的基極5包括鐵磁性材料FM、半金屬磁性材料HM、磁性半導(dǎo)體材料MSC、或有機(jī)磁性材料OM、非磁性金屬材料NM、半導(dǎo)體材料SC；該基極5的厚度為2nm～20nm。
在上述的技術(shù)方案中，所述的集電極7包括鐵磁性材料FM、半金屬磁性材料HM磁性半導(dǎo)體材料MSC、或有機(jī)磁性材料OM、非磁性金屬材料NM、半導(dǎo)體材料SC；該集電極7的厚度為2nm～20nm。
所述的鐵磁性材料包括Fe、Co、Ni等3d過渡族磁性金屬，Sm、Gd、Nd等稀土金屬，Co-Fe、Co-Fe-B、Ni-Fe、Gd-Y等鐵磁性合金。
在上述的技術(shù)方案中，鐵磁性的磁化強(qiáng)度的方向可由反鐵磁性層釘扎，該反鐵磁性層可由Ir、Fe、Rh、Pt或Pd與Mn的合金材料制成或其它CoO、NiO、PtCr等反鐵磁性材料構(gòu)成。
所述的半金屬磁性材料HM包括Fe3O4、CrO2、La0.7Sr0.3MnO3和Co2MnSi等Heussler合金。
所述的非磁性金屬材料NM包括Au、Ag、Pt、Cu、Ru、Al、Cr或及其合金。
所述的磁性半導(dǎo)體材料MSC包括Fe、Co、Ni、V、Mn摻雜的ZnO、TiO2、HfO2和SnO2，也包括Mn摻雜的GaAs、InAs、GaN和ZnTe。
所述的有機(jī)磁性材料OM包括二茂金屬高分子有機(jī)磁性材料和硬脂酸錳。
所述的半導(dǎo)體SC包括Si、Ga、GaN、GaAs、GaAlAs、InGaAs或InAs。
在上述的技術(shù)方案中，所述的第一隧道勢壘層4和第二隧道勢壘層6由絕緣材料制成，該絕緣材料包括金屬氧化物絕緣膜、金屬氮化物絕緣膜、有機(jī)或無機(jī)材料絕緣膜、類金剛石薄膜、或EuS；該第一隧道勢壘層的厚度為0.5～3.0nm；第二隧道勢壘層的厚度為0.5～4.0nm；其中兩個隧道勢壘層的厚度和材料可以相同或者不相同。
所述的金屬氧化物絕緣膜和金屬氮化物絕緣膜的金屬選自Al、Mg、Ta、Zr、Zn、Sn、Nb和Ga的金屬元素。
該結(jié)構(gòu)中基極的厚度應(yīng)當(dāng)與該層材料的電子平均自由程可比，這樣，當(dāng)電子從發(fā)射極隧穿到集電極時，由于電子在基極5中所受散射較弱而保持了電子的自旋相位記憶。
以上構(gòu)成的雙勢壘隧道結(jié)共振隧道效應(yīng)的晶體管按下述原理工作。
以圖3a為例進(jìn)行說明，只要發(fā)射極3、基極5和集電極7被接地，發(fā)射極3、基極5、集電極7、第一隧道勢壘層4和第二隧道勢壘層6就可以處于一種熱平衡狀態(tài)。圖4是實(shí)施例1的雙勢壘隧道結(jié)電子共振隧穿的示意圖，該圖示出了隧穿電子在發(fā)射極3與集電極7的磁化強(qiáng)度的方向處于平行、反平行兩種狀態(tài)下的隧穿過程。在平行狀態(tài)時，發(fā)射極3中自旋方向與集電極7的磁化強(qiáng)度的方向相同的多數(shù)隧穿電子能隧穿過勢壘和中間金屬層，而與集電極7的磁化強(qiáng)度的方向相反的少數(shù)自旋電子或被雜質(zhì)散射引起自旋方向發(fā)生反轉(zhuǎn)的電子不能隧穿到集電極7，此時，集電極7有較大的電流通過；而在反平行狀態(tài)時，只有少數(shù)自旋方向與集電極7的磁化強(qiáng)度的方向相同的隧穿電子能隧穿到集電極7，而多數(shù)自旋方向與集電極7的磁化強(qiáng)度的方向相反的隧穿電子不能隧穿到集電極7，此時，集電極7有較小的電流通過。同時，由于發(fā)射極3的磁化強(qiáng)度的方向是固定的，而集電極7的磁化強(qiáng)度的方向是可以隨磁場發(fā)生改變的，因此可以通過改變集電極7的磁化強(qiáng)度的方向來改變集電極7的電流大小。其形成過程如下，基極電流為調(diào)制信號，通過改變集電極7的磁化強(qiáng)度的方向從而使集電極7的信號與基極電流的調(diào)制模式相似，即發(fā)生共振隧穿效應(yīng)，在合適的條件下，可得到放大的信號。
本發(fā)明提供的一種基于雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的晶體管的制備方法，包括下列步驟(1)通過磁控濺射設(shè)備或其它制薄膜設(shè)備，在硅襯底1上，制備一個由厚度為4nm的非磁金屬性層NM或半導(dǎo)體層SC或磁性材料層(FM、HM、MSC、OM)構(gòu)成的基極5；(2)然后，第一隧道勢壘層4和第二隧道勢壘層6形成于基極5之上；(3)由磁性材料層(包括鐵磁性材料FM、或半金屬磁性材料HM、或磁性半導(dǎo)體材料MSC、有機(jī)磁性材料OM)制成的發(fā)射極3和集電極7形成于隧道勢壘層4和6之上；(4)采用不同矯頑力的磁性材料制作發(fā)射極3和集電極7，或通過微加工技術(shù)控制發(fā)射極3和集電極7結(jié)面積和形狀的相對大小，使得發(fā)射極3和集電極7的反轉(zhuǎn)場不一樣，因而，一個磁電極的磁化強(qiáng)度的方向相對固定，而另一個磁電極的磁化強(qiáng)度的方向反轉(zhuǎn)則相對自由；(5)最后一個由金、鉑等抗氧化的金屬制作的導(dǎo)電保護(hù)層8設(shè)置在基極5、發(fā)射極3和集電極7之上。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明的雙勢壘隧道結(jié)晶體管器件，由于采用雙勢壘結(jié)構(gòu)，克服了由于基極與集電極之間產(chǎn)生的肖特基勢，而該晶體管有較小漏電流和較大集電極電流，同時基于這種結(jié)構(gòu)的器件具有一定的電流或電壓增益，即小信號的輸入能產(chǎn)生較大的輸出。其中，基極電流為調(diào)制信號，通過改變基極或集電極的磁化強(qiáng)度的方向，從而使集電極的信號與基極電流的調(diào)制模式相似，即發(fā)生共振隧穿效應(yīng)，在合適的條件下，可得到放大的信號。


圖1是基于“鐵磁性金屬/非磁性金屬/鐵磁性金屬”結(jié)構(gòu)的全金屬自旋晶體管圖2是本發(fā)明的基于雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的晶體管結(jié)構(gòu)示意3a是本發(fā)明的實(shí)施例1～8，12的晶體管結(jié)構(gòu)剖面3b是本發(fā)明的實(shí)施例9，10的晶體管結(jié)構(gòu)剖面3c是本發(fā)明的實(shí)施例11的晶體管結(jié)構(gòu)剖面3d是本發(fā)明的實(shí)施例13～16的晶體管結(jié)構(gòu)剖面4a是實(shí)施例1的雙勢壘隧道結(jié)電子共振隧穿的示意4b是實(shí)施例1的雙勢壘隧道結(jié)電子共振隧穿的示意5是實(shí)施例2的雙勢壘隧道結(jié)電子共振隧穿的示意6是實(shí)施例4的雙勢壘隧道結(jié)電子共振隧穿的示意7是實(shí)施例5的雙勢壘隧道結(jié)電子共振隧穿的示意8是實(shí)施例9的雙勢壘隧道結(jié)電子共振隧穿的示意9是實(shí)施例10的雙勢壘隧道結(jié)電子共振隧穿的示意面說明襯底-1絕緣層-2 發(fā)射極-3第一隧道勢壘層-4 基極-5第二隧道勢壘層-6集電極-7 導(dǎo)電保護(hù)層-8
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地說明實(shí)施例1參考圖3a，制備一本發(fā)明的雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管。該雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管，由一厚度為0.4mm的Si材料作為襯底1，在Si襯底1上形成一層由SiO2構(gòu)成10nm厚的絕緣層2，在絕緣層2上形成一發(fā)射極3，該發(fā)射極3由厚度為12nm的反鐵磁性層Ir-Mn和8nm的Fe構(gòu)成，該反鐵磁性層Ir-Mn用于固定發(fā)射極3的磁化強(qiáng)度的方向；采用Al2O3材料制作的第一隧道勢壘層4形成于發(fā)射極3之上；其第一隧道勢壘層4厚度為1nm。并在第一隧道勢壘層4之上形成一厚度為8nm的基5，該基極5由非磁性金屬Cu制成。一個Al2O3層形成于基極5之上，作為第二隧道勢壘層6，其第二隧道勢壘層6厚度為1.6nm；一個由Co-Fe磁性材料層制成的集電極7形成于第二隧道勢壘層6之上，厚度為8nm，該集電極7的磁化強(qiáng)度的方向是自由的，可隨外部磁場而發(fā)生改變；采用Pt或Au材料制作的一個導(dǎo)電保護(hù)層8設(shè)置在發(fā)射極3、基極5和集電極7上，導(dǎo)電保護(hù)層8厚度為10nm。
本實(shí)施例的晶體管中，發(fā)射極3與基極5間和基極5與集電極7間形成的隧道結(jié)的結(jié)面積的大小為1平方微米。
實(shí)施例2參考圖3a，制備一本發(fā)明的雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管。該雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管，由一厚度為0.6mm的Si材料作為襯底1，在Si襯底1上形成一層由SiO2構(gòu)成100nm厚的絕緣層2，在絕緣層2上形成一發(fā)射極3，該發(fā)射極3由厚度為15nm的反鐵磁性層Fe-Mn和厚度為4nm的La0.7Sr0.3MnO3半金屬材料層構(gòu)成，該發(fā)射極3的磁化強(qiáng)度的方向是固定的；采用SrTiO3材料制作的第一隧道勢壘層4形成于發(fā)射極3之上，其第一隧道勢壘層4厚度為1.0nm；并在第一隧道勢壘層4之上形成一厚度為4nm的基極5，該基極5由非磁性金屬材料Ru層構(gòu)成；一個SrTiO3層形成于基極5之上，作為第二隧道勢壘層6，其第二隧道勢壘層6厚度為1.3nm；一個由La0.7Sr0.3MnO3半金屬材料層制成的集電極7形成于第二隧道勢壘層6之上，厚度為4nm，該集電極7的磁化強(qiáng)度的方向相對自由，可隨外部磁場而發(fā)生改變；采用Pt或Au材料制作的一個導(dǎo)電保護(hù)層設(shè)置在發(fā)射極3、基極5和集電極7上，導(dǎo)電保護(hù)層8厚度為6nm。
圖5為該雙勢壘隧道結(jié)電子共振隧穿的示意圖。在這種結(jié)構(gòu)中，由于La0.7Sr0.3MnO3半金屬磁性材料具有可高達(dá)100％的自旋極化率，當(dāng)發(fā)射極3與集電極7的磁化強(qiáng)度的方向平行時，幾乎所有電子都隧穿到集電極7，此時集電極7有較大的電流通過。相反，當(dāng)處于發(fā)射極3與集電極7的磁化強(qiáng)度的方向處于相反時，僅有很少的隧穿電子通過散射或其他作用隧穿到集電極7，此時集電極7有較小的電流通過。與實(shí)施例1所述原理一樣，也可以通過改變集電極7的磁化強(qiáng)度的方向，從而使隧穿電子在發(fā)射極3和集電極7間發(fā)生共振隧穿，在合適的條件下使集電極7得到放大的電流。
本實(shí)施例的晶體管中，發(fā)射極3與基極5間和基極5與集電極7間形成的隧道結(jié)的結(jié)面積的大小為100平方微米。
實(shí)施例3
參考圖3a，制備一本發(fā)明的雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管。
該雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管，由一厚度為0.6mm的Si材料作為襯底1，在Si襯底1上形成一層由SiO2構(gòu)成300nm厚的絕緣層2，在絕緣層2上形成一發(fā)射極3，該發(fā)射極3由厚度為4nm的GaMnAs磁性半導(dǎo)體材料層構(gòu)成。該發(fā)射極3的磁化強(qiáng)度的方向是相對自由的，可隨外部磁場而發(fā)生改變；采用MgO材料制作的第一隧道勢壘層4形成于發(fā)射極3之上；其第一隧道勢壘層4厚度為1.0nm。并在第一隧道勢壘層4之上形成一厚度為5nm的基極5，該基極5由非磁性金屬材料Cr層構(gòu)成；一個MgO層形成于基極5之上，作為第二隧道勢壘層6，其第二隧道勢壘層6厚度為1.3nm；一個由GaMnAs磁性半導(dǎo)體材料層制成的集電極7形成于第二隧道勢壘層6之上，厚度為8nm，一個厚度為20nm的反鐵磁材料PtCr形成于集電極7之上，用于固定集電極7的磁化強(qiáng)度的方向。采用Pt或Au材料制作的一個導(dǎo)電保護(hù)層設(shè)置在發(fā)射極3、基極5和集電極7上，導(dǎo)電保護(hù)層8厚度為6nm。
本實(shí)施例的晶體管中，發(fā)射極3與基極5間和基極5與集電極7間形成的隧道結(jié)的結(jié)面積的大小為1000平方微米。
實(shí)施例4參考圖3a，制備一本發(fā)明的雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管。
該雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管，由一厚度為1mm的Al2O3材料作為襯底1，在Al2O3襯底1上形成一發(fā)射極3，該發(fā)射極3由厚度為15nm的反鐵磁性層Ir-Mn和厚度為8nm的Co-Fe-B合金材料層構(gòu)成。該發(fā)射極3的磁化強(qiáng)度的方向是固定的；采用MgO材料制作的第一隧道勢壘層4形成于發(fā)射極3之上；其第一隧道勢壘層4厚度為1.8nm。并在第一隧道勢壘層4之上形成一厚度為4nm的基極5，該基極5由矯頑力較大的Co-Fe磁性材料層構(gòu)成；其磁化強(qiáng)度的方向也是相對固定的，且與發(fā)射極3的磁化強(qiáng)度的方向平行。一個MgO層形成于基極5之上，作為第二隧道勢壘層6，其第二隧道勢壘層6厚度為2.7nm；一個由矯頑力較小的Ni-Fe磁性材料層制成的集電極7形成于第二隧道勢壘層6之上，厚度為8nm，該集電極7的磁化強(qiáng)度的方向相對自由，可隨外部磁場而發(fā)生改變；采用Pt或Au材料制作的一個導(dǎo)電保護(hù)層設(shè)置在發(fā)射極3、基極5和集電極7上，導(dǎo)電保護(hù)層8厚度為6nm。
這種雙勢壘隧道結(jié)自旋晶體管的運(yùn)作原理如下，圖6是這種晶體管的雙勢壘隧道結(jié)電子共振隧穿的示意圖。由于基極材料是磁性材料，其輸運(yùn)特性與自旋相關(guān)。因此，當(dāng)發(fā)射極3、基極5和集電極7的磁化強(qiáng)度的方向處于平行狀態(tài)時，發(fā)射極3中與上、中、下三個電極的磁化強(qiáng)度的方向一致的多數(shù)電子將穿過基極5和兩個勢壘層進(jìn)入集電極7；而發(fā)射極3中與上、中、下三個電極的磁化強(qiáng)度的方向相反的少數(shù)電子，將受到很強(qiáng)的散射作用而不能隧穿到集電極7，盡管如此，這種情況下集電極7的電流仍比較大；而當(dāng)集電極7的磁化強(qiáng)度的方向與基極5的磁化強(qiáng)度的方向相反時，雖然發(fā)射極3中多數(shù)自旋子帶的電子能隧穿過第一隧道勢壘層，但由于與集電極7的磁化強(qiáng)度的方向相反而受到強(qiáng)烈的散射作用(相當(dāng)于鏡面散射)而停留在中間基極5發(fā)生振蕩，僅有很少隧穿電子由于受到雜質(zhì)散射或其他非彈性散射作用導(dǎo)致自旋反轉(zhuǎn)、可以通過第二隧道勢壘層而進(jìn)入集電極7，此時集電極7的電流較小。同前述實(shí)施例的原理一樣，也可以通過改變集電極7的磁化強(qiáng)度的方向，從而使隧穿電子在發(fā)射極3和集電極7間發(fā)生共振隧穿，在合適的條件下在集電極7得到放大的電流。
本實(shí)施例的晶體管中，發(fā)射極3與基極5間和基極5與集電極7間形成的隧道結(jié)的結(jié)面積的大小為10000平方微米。
實(shí)施例5參考圖3a，制備一本發(fā)明的雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管。
該雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管，由一厚度為1mm的Si3N4材料作為襯底1，在Si3N4襯底1上形成一發(fā)射極3，該發(fā)射極3由厚度為15nm的反鐵磁性層Ir-Mn和厚度為8nm的La0.7Sr0.3MnO3半金屬材料層構(gòu)成。該發(fā)射極3的磁化強(qiáng)度的方向是固定的；采用SrTiO3材料制作的第一隧道勢壘層4形成于發(fā)射極3之上；其第一隧道勢壘層4厚度為1.0nm。并在第一隧道勢壘層4之上形成一厚度為4nm的基極5，該基極5由La0.7Sr0.3MnO3半金屬材料層構(gòu)成；其磁化強(qiáng)度的方向也是相對固定的，且與發(fā)射極3的磁化強(qiáng)度的方向平行。一個SrTiO3層形成于基極5之上，作為第二隧道勢壘層6，其第二隧道勢壘層6厚度為1.3nm；一個由矯頑力較小的Co2MnSi半金屬材料層制成的集電極7形成于第二隧道勢壘層6之上，厚度為4nm，該集電極7的磁化強(qiáng)度的方向相對自由，可隨外部磁場而發(fā)生改變；采用Pt或Au材料制作的一個導(dǎo)電保護(hù)層設(shè)置在發(fā)射極3、基極5和集電極7上，導(dǎo)電保護(hù)層8厚度為6nm。
這種雙勢壘隧道結(jié)自旋晶體管的運(yùn)作原理類似于實(shí)施例4，圖7是這種晶體管的雙勢壘隧道結(jié)電子共振隧穿的示意圖。由于半金屬磁性材料具有高達(dá)100％的自旋極化率，當(dāng)發(fā)射極3、基極5與集電極7的磁化強(qiáng)度的方向平行時，幾乎所有隧穿電子都隧穿到集電極7，此時集電極7有較大的電流通過。相反，當(dāng)發(fā)射極3、基極5與集電極7的磁化強(qiáng)度的方向反向平行時，僅有很少的隧穿電子通過散射或其他作用隧穿到集電極7，此時集電極7有較小的電流通過。與前述實(shí)例一樣，也可以通過改變集電極7的磁化強(qiáng)度的方向，從而使隧穿電子在發(fā)射極3和集電極7間發(fā)生共振隧穿，在合適的條件下使集電極7得到放大的電流。
實(shí)施例6參考圖3a，制備一本發(fā)明的雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管，它由一厚度為1mm的Si作襯底1，在Si襯底1上形成一層由SiO2構(gòu)成500nm厚的絕緣層2，在絕緣層2上形成一發(fā)射極3，該發(fā)射極3由厚度為15nm的反鐵磁性層Ni-Mn和厚度為4nm摻Co的ZnO磁性半導(dǎo)體材料層構(gòu)成。該發(fā)射極3的磁化強(qiáng)度的方向是固定的；采用ZrO2材料制作的第一隧道勢壘層4形成于發(fā)射極3之上；其第一隧道勢壘層4厚度為1.0nm。并在第一隧道勢壘層4之上形成一厚度為4nm的基極5，該基極5由摻Co的ZnO磁性半導(dǎo)體材料層構(gòu)成；其磁化強(qiáng)度的方向是相對自由的，可隨外部磁場而發(fā)生改變；一個ZrO2層形成于基極5之上，作為第二隧道勢壘層6，其第二隧道勢壘層6厚度為1.3nm；一個由厚度為4nm摻Co的ZnO磁性半導(dǎo)體材料和厚度為15nm的反鐵磁性層Ni-Mn制成的集電極7形成于第二隧道勢壘層6之上，該集電極7的磁化強(qiáng)度的方向相對固定的，且與發(fā)射極3的磁化強(qiáng)度的方向是平行的；采用Pt或Ta材料制作的一個導(dǎo)電保護(hù)層設(shè)置在發(fā)射極3、基極5和集電極7上，導(dǎo)電保護(hù)層8厚度為6nm。
圖8是這種晶體管的雙勢壘隧道結(jié)電子共振隧穿的示意圖。與實(shí)施例4不同的是在實(shí)施例4中，通過改變集電極7的磁化強(qiáng)度的方向來改變集電極7的電流；而在本實(shí)施例中，由于發(fā)射極3和集電極7的磁化強(qiáng)度的方向是相對固定的，只有基極5的磁化強(qiáng)度的方向是自由的，因此，通過改變基極5的磁化強(qiáng)度的方向來改變集電極7的電流。其運(yùn)作原理類似于實(shí)施例4。在此略去詳細(xì)工作過程。
實(shí)施例7參考圖3a，制備一本發(fā)明的雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管，該晶體管由一厚度為1mm的GaAs作襯底1，在GaAs襯底1上形成一層由SiO2構(gòu)成260nm厚的絕緣層2，在絕緣層2上形成一發(fā)射極3，該發(fā)射極3由厚度為10nm的反鐵磁性層Ir-Mn和厚度為8nm的硬脂酸錳有機(jī)磁性材料層構(gòu)成。該發(fā)射極3的磁化強(qiáng)度的方向是固定的；采用Al2O3材料制作的第一隧道勢壘層4形成于發(fā)射極3之上；其第一隧道勢壘層4厚度為1.0nm。并在第一隧道勢壘層4之上形成一厚度為4nm的基極5，該基極5由硬脂酸錳有機(jī)磁性材料層構(gòu)成；其磁化強(qiáng)度的方向是相對自由的，可隨外部磁場而發(fā)生改變；一個Al2O3層形成于基極5之上，作為第二隧道勢壘層6，其第二隧道勢壘層6厚度為1.3nm；一個由厚度為4nm的硬脂酸錳有機(jī)磁性材料層和厚度為10nm的反鐵磁性層Ir-Mn制成的集電極7形成于第二隧道勢壘層6之上，該集電極7的磁化強(qiáng)度的方向相對固定的，且與發(fā)射極3的磁化強(qiáng)度的方向是平行的；采用Pt或Ta材料制作的一個導(dǎo)電保護(hù)層設(shè)置在發(fā)射極3、基極5和集電極7上，導(dǎo)電保護(hù)層8厚度為6nm。
其運(yùn)作原理類似于實(shí)施例6。在此略去詳細(xì)工作過程。
實(shí)施例8參考圖3a，制備一本發(fā)明的雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管，該自旋晶體管由一厚度為1mm的GaAs作襯底1，在GaAs襯底1上形成一層由SiO2構(gòu)成400nm厚的絕緣層2，在絕緣層2上形成一發(fā)射極3，該發(fā)射極3由厚度為10nm的反鐵磁性層Ir-Mn、4nm的Co-Fe、0.9nm的Ru和厚度為4nm的Co-Fe-B磁性材料層構(gòu)成，該發(fā)射極3的磁化強(qiáng)度的方向是固定的；采用MgO材料制作的第一隧道勢壘層4形成于發(fā)射極3之上；其第一隧道勢壘層4厚度為1.8nm。并在第一隧道勢壘層4之上形成一厚度為4nm的基極5，該基極5由Co-Fe-B磁性材料層構(gòu)成；其磁化強(qiáng)度的方向是相對自由的，可隨外部磁場而發(fā)生改變；一個MgO層形成于基極5之上，作為第二隧道勢壘層6，其第二隧道勢壘層6厚度為2.5nm；一個由厚度為4nm的Co-Fe-B磁性材料層、0.9nm的Ru、4nm的Co-Fe和厚度為10nm的反鐵磁性層Ir-Mn制成的集電極7形成于第二隧道勢壘層6之上，該集電極7的磁化強(qiáng)度的方向相對固定的，且與發(fā)射極3的磁化強(qiáng)度的方向是平行的；采用Pt或Ta材料制作的一個導(dǎo)電保護(hù)層設(shè)置在發(fā)射極3、基極5和集電極7上，導(dǎo)電保護(hù)層8厚度為6nm。
應(yīng)當(dāng)注意的是，其中Co-Fe/Ru/Co-Fe-B為人工合成反鐵磁性材料，本實(shí)施例采用反鐵磁性材料Ir-Mn和Co-Fe/Ru/Co-Fe-B人工反鐵磁性材料來固定磁性層的磁化強(qiáng)度的方向，采用這種結(jié)構(gòu)有利于提高交換偏置場，從而改善晶體管的性能。其運(yùn)作原理類似于實(shí)施例6，在此略去詳細(xì)工作過程。
實(shí)施例9參考圖3b，制備一本發(fā)明的雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管，該自旋晶體管是在由Si或GaAs半導(dǎo)體材料構(gòu)成的基片1上，形成一層由二氧化硅(SiO2)，或其它Al2O3、Si3N4絕緣材料制成120nm厚的絕緣層2，此絕緣層用于隔離基極5與發(fā)射極3，該半導(dǎo)體基片充當(dāng)發(fā)射極3；一個用Al2O3或MgO材料制作的第一隧道勢壘層4形成于發(fā)射極3之上，其厚度為1.0nm；并在第一隧道勢壘層4之上形成一個由厚度為6nm的Ni-Fe磁性材料層構(gòu)成的基極5，該Ni-Fe層的磁化強(qiáng)度的方向是自由的，可隨外部磁場或電流引導(dǎo)發(fā)生改變；一個由Al2O3或MgO材料制作的第二隧道勢壘層6形成于基極5之上，其第二隧道勢壘層5厚度為1.6nm；一個由Co-Fe-Ni磁性材料制成的厚度為6nm的集電極7形成于第二隧道勢壘層6之上的，該層的磁化強(qiáng)度的方向由反鐵磁性層Fe-Mn釘扎而固定。一個采用Au或Pt材料制作的導(dǎo)電保護(hù)層8設(shè)置在發(fā)射極3、基極5和集電極7之上，厚度為6nm。
圖9是這種晶體管的雙勢壘隧道結(jié)電子共振隧穿的示意圖。該圖表示出了隧穿電子在基極5與集電極7的磁化強(qiáng)度的方向處于平行、反平行兩種狀態(tài)下的隧穿過程。在平行狀態(tài)時，發(fā)射極3中自旋方向與集電極7的磁化強(qiáng)度的方向相同的多數(shù)隧穿電子能隧穿過勢壘和中間基極5，而與集電極7的磁化強(qiáng)度的方向相反的少數(shù)自旋電子或被雜質(zhì)散射引起自旋方向發(fā)生反轉(zhuǎn)的電子不能隧穿到集電極7，此時，集電極7有較大的電流通過；而在反平行狀態(tài)時，只有少數(shù)自旋方向與集電極7的磁化強(qiáng)度的方向相同的隧穿電子能隧穿到集電極7，而多數(shù)自旋方向與集電極7的磁化強(qiáng)度的方向相反的隧穿電子不能隧穿到集電極7，此時，集電極7有較小的電流通過。同時，由于集電極7的磁化強(qiáng)度的方向是固定的，而基極5的磁化強(qiáng)度的方向是可以隨磁場發(fā)生改變的，因此可以通過改變基極5的磁化強(qiáng)度的方向來改變集電極7的電流大小。其形成過程如下，基極5電流為調(diào)制信號，通過改變基極5的磁化強(qiáng)度的方向從而使集電極7的信號與基極5電流的調(diào)制模式相似，即發(fā)生共振隧穿效應(yīng)，在合適的條件下，可得到放大的信號。
實(shí)施例10參考圖3b，制備一本發(fā)明的雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管，該自旋晶體管在由Si或GaAs半導(dǎo)體材料構(gòu)成的基片1上，形成一層由二氧化硅(SiO2)或類似材料制成360nm厚的絕緣層2；在絕緣層2形成由厚度為10nm的超導(dǎo)材料YBa2Cu3O7制成的發(fā)射極3；一個用Al2O3材料制作的第一隧道勢壘層4形成于發(fā)射極3之上，其厚度為1.0nm；并在第一隧道勢壘層4之上形成一個由厚度為3nm的Sm磁性材料層構(gòu)成的基極5，該Sm層的磁化強(qiáng)度的方向是自由的，可隨外部磁場或電流引導(dǎo)發(fā)生改變；一個由Al2O3材料制作的第二隧道勢壘層6形成于基極5之上，其第二隧道勢壘層5厚度為1.6nm；一個由Gd-Y磁性材料制成的厚度為6nm的集電極7形成于第二隧道勢壘層6之上的，該層的磁化強(qiáng)度的方向由反鐵磁性層Pd-Mn或Rh-Mn釘扎而固定。一個采用Au或Ta材料制作的導(dǎo)電保護(hù)層8設(shè)置在發(fā)射極3、基極5和集電極7之上，厚度為5nm。
其運(yùn)作原理類似于實(shí)施例9，在此略去詳細(xì)工作過程。
實(shí)施例11參考圖3c，制備一本發(fā)明的雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管。
該雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管，在由Si或GaAs半導(dǎo)體材料構(gòu)成的基片1上，形成一層由二氧化硅(SiO2)或類似材料制成的絕緣層2，此絕緣層用于隔離基極5與集電極7，該半導(dǎo)體基片充當(dāng)集電極7；一個用Al2O3或MgO材料制作的第一隧道勢壘層4形成于集電極7之上，其厚度為1.0nm；并在第一隧道勢壘層4之上形成一個由厚度為4nm的Ni-Fe磁性材料層構(gòu)成的基極5，該Ni-Fe層的磁化強(qiáng)度的方向是自由的，可隨外部磁場或電流引導(dǎo)發(fā)生改變；一個由Al2O3或MgO材料制作的第二隧道勢壘層6形成于基極5之上，其第二隧道勢壘層5厚度為1.6nm；一個由Co-Fe磁性材料制成的厚度為6nm的發(fā)射極3形成于第二隧道勢壘層6之上的，該層的磁化強(qiáng)度的方向由反鐵磁性層Pt-Mn釘扎而固定。一個采用Au或Pt材料制作的導(dǎo)電保護(hù)層8設(shè)置在發(fā)射極3、基極5和集電極7之上，厚度為6nm。
其運(yùn)作原理類似于實(shí)施例9，在此略去詳細(xì)工作過程。
實(shí)施例12參考圖3a，制備一本發(fā)明的雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管。
該雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管，在由GaN或GaAs半導(dǎo)體材料構(gòu)成的基片1上，形成一層由二氧化硅(SiO2)或類似材料制成100nm厚的絕緣層2；在絕緣層2形成由厚度為10nm的非磁性金屬Cu制成的發(fā)射極3；一個用Al2O3或MgO材料制作的第一隧道勢壘層4形成于發(fā)射極3之上，其厚度為1.0nm；并在第一隧道勢壘層4之上形成一個由厚度為5nm的CrO2磁性材料層構(gòu)成的基極5，該Ni-Fe層的磁化強(qiáng)度的方向是自由的，可隨外部磁場或電流引導(dǎo)發(fā)生改變；一個由Al2O3或MgO材料制作的第二隧道勢壘層6形成于基極5之上，其第二隧道勢壘層5厚度為1.6nm；一個由CrO2半金屬材料制成的厚度為6nm的集電極7形成于第二隧道勢壘層6之上的，該層的磁化強(qiáng)度的方向由反鐵磁性層Ni-Mn釘扎而固定。一個采用Au或Ta材料制作的導(dǎo)電保護(hù)層8設(shè)置在發(fā)射極3、基極5和集電極7之上，厚度為5nm。
實(shí)施例13參考圖3d，制備一本發(fā)明的雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管。
在由InGaAs半導(dǎo)體材料構(gòu)成的基片1上，形成由厚度為10nm的GaAs制成的基極5；采用Al2O3制作的第一隧道勢壘層4和6形成于基極5之上；用厚度為8nm的Co-Fe制成的發(fā)射極3和集電極7形成于第一隧道勢壘層4和6上，其厚度為6nm；采用光刻等微加工技術(shù)控制發(fā)射極3和集電極7結(jié)區(qū)的相對大小，使它們的反轉(zhuǎn)場不一樣，因而一個磁電極的磁化強(qiáng)度的方向相對固定而另一個磁電極則相對自由。一個采用Au材料制作的厚度為6nm的導(dǎo)電保護(hù)電極層8設(shè)置在發(fā)射極3、基極5和集電極7之上，其厚度為8nm。其中發(fā)射極3和集電極7之間的距離小于5微米。
實(shí)施例14參考圖3d，制備一本發(fā)明的雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管，該自旋晶體管在一Si半導(dǎo)體材料構(gòu)成的基片1上，形成由厚度為10nm的Co-Fe-B制成的基極5；采用MgO制作的第一隧道勢壘層4和6形成于基極5之上；由厚度15nm的反鐵磁材料Ir-Mn和厚度為6nm的La0.7Sr0.3MnO3制成的發(fā)射極3和集電極7形成于第一隧道勢壘層4和6上，反鐵磁材料Ir-Mn形成于La0.7Sr0.3MnO3之上；采用光刻技術(shù)控制發(fā)射極3和集電極7結(jié)區(qū)的相對大小。一個采用Au材料制作的厚度為6nm的導(dǎo)電保護(hù)電極層8設(shè)置在發(fā)射極3、基極5和集電極7之上，其厚度為8nm。其中在這種晶體管中，發(fā)射極3和集電極7之間的距離小于1微米。
實(shí)施例15參考圖3d，制備一本發(fā)明的雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管，該自旋晶體管在一Si半導(dǎo)體材料構(gòu)成的基片1上，形成由厚度為4nm的Co-Fe-B制成的基極5；采用AlN制作的第一隧道勢壘層4和6形成于基極5之上；由厚度15nm的反鐵磁材料NiO和厚度為6nm的La0.7Sr0.3MnO3制成的發(fā)射極3和集電極7形成于第一隧道勢壘層4和6上，反鐵磁材料NiO形成于La0.7Sr0.3MnO3之上；采用光刻等微加工技術(shù)控制發(fā)射極3和集電極7結(jié)區(qū)的相對大小。一個采用Au材料制作的厚度為6nm的導(dǎo)電保護(hù)電極層8設(shè)置在發(fā)射極3、基極5和集電極7之上，其厚度為8nm。
實(shí)施例16參考圖3d，制備一本發(fā)明的雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的自旋晶體管，該自旋晶體管在一InAs半導(dǎo)體材料構(gòu)成的基片1上，形成由厚度為4nm的Co-Fe-B制成的基極5；采用EuS制作的第一隧道勢壘層4和6形成于基極5之上；由厚度15nm的反鐵磁材料NiO和厚度為4nm的Mn摻雜HfO2磁性半導(dǎo)體制成的發(fā)射極3和集電極7形成于第一隧道勢壘層4和6上，反鐵磁材料CoO形成于Mn摻雜HfO2磁性半導(dǎo)體材料之上；采用光刻等微加工技術(shù)控制發(fā)射極3和集電極7結(jié)區(qū)的相對大小。一個采用Au材料制作的厚度為6nm的導(dǎo)電保護(hù)電極層8設(shè)置在發(fā)射極3、基極5和集電極7之上，其厚度為8nm。
雖然已結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了充分的描述，但需要注意，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，各種改變和修改都是可能的。因此，除了這種改變和修改背離本發(fā)明的范疇之外，它們都應(yīng)被包括在本發(fā)明之中。
權(quán)利要求
1.一種基于雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的晶體管包括一襯底(1)、發(fā)射極(3)、基極(5)、集電極(7)和第一隧道勢壘層(4)，第一隧道勢壘層(4)設(shè)置在發(fā)射極(3)和基極(5)之間；其特征在于，還包括第二隧道勢壘層(6)；該第二隧道勢壘層(6)在基極(5)與集電極(7)之間；并且發(fā)射極3與基極(5)間和基極(5)與集電極7間形成的隧道結(jié)的結(jié)面積的大小為1平方微米～10000平方微米；所述的基極(5)的厚度與該層材料的電子平均自由程可比擬；所述的發(fā)射極(3)、基極(5)和集電極(7)中有且僅有一極的磁化強(qiáng)度的方向是自由的。
2.按權(quán)利要求1所述的基于雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的晶體管，其特征在于，所述的襯底(1)包括由絕緣材料或非絕緣材，或半導(dǎo)體材料制成；其襯底(1)的厚度為0.3mm到5mm；所述的絕緣材料包括Al2O3，SiO2和Si3N4；所述的非絕緣材料包括Cu，或Al；所述的半導(dǎo)體材料包括Si、Ga、GaN、GaAs、GaAlAs、InGaAs或InAs。
3.按權(quán)利要求2所述的基于雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的晶體管，其特征在于，當(dāng)襯底(1)為非絕緣材料或半導(dǎo)體材料時，還包括在襯底上設(shè)置一絕緣材料層(2)，該絕緣材料層(2)的厚度為10～500nm；所述的絕緣材料層(2)包括Al2O3或Si3N4；其厚度為50～500nm。
4.按權(quán)利要求1或3所述的基于雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的晶體管，其特征在于，還包括一個導(dǎo)電保護(hù)層(8)，該導(dǎo)電保護(hù)層(8)設(shè)置在發(fā)射極(3)、基極(5)和集電極(7)上，該導(dǎo)電保護(hù)層(8)包括金、鉑、銀、鋁、鉭或抗氧化金屬導(dǎo)電材料制作，其厚度為0.5～10nm。
5.按權(quán)利要求1、3或4所述的基于雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的晶體管，其特征在于，所述的發(fā)射極(3)、基極(5)或集電極(7)包括用鐵磁性材料、半金屬磁性材料、磁性半導(dǎo)體材料、有機(jī)磁性材料、半導(dǎo)體材料、非磁性金屬材料制作；所述的發(fā)射極(3)還包括Nb金屬和YBa2Cu3O7超導(dǎo)材料制作，其發(fā)射極(3)、基極(5)或集電極(7)厚度為2nm～20nm。
6.按權(quán)利要求5所述的基于雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的晶體管，其特征在于，所述的鐵磁性材料包括Fe、Co、Ni的3d過渡族磁性金屬；Sm、Gd或Nd稀土金屬；Co-Fe、Co-Fe-B、Ni-Fe或Gd-Y鐵磁性合金。
7.按權(quán)利要求5所述的基于雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的晶體管，其特征在于，所述的半金屬磁性材料包括Fe3O4、CrO2、La0.7Sr0.3MnO3或Co2MnSi的Heussler合金。
8.按權(quán)利要求5所述的基于雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的晶體管，其特征在于，所述的磁性半導(dǎo)體材料包括Fe、Co、Ni、V、Mn摻雜的ZnO、TiO2、HfO2或SnO2，也包括Mn摻雜的GaAs、InAs、GaN或ZnTe。
9.按權(quán)利要求5所述的基于雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的晶體管，其特征在于，所述的有機(jī)磁性材料包括二茂金屬高分子有機(jī)磁性材料或硬脂酸錳。
10.按權(quán)利要求5所述的基于雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的晶體管，其特征在于，所述的非磁性材料包括Au、Ag、Pt、Cu、Ru、Al、Cr或及其合金。
11.按權(quán)利要求5所述的基于雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的晶體管，其特征在于，所述的半導(dǎo)體包括Si、Ga、GaN、GaAs、GaAlAs、InGaAs或InAs。
12.按權(quán)利要求1或4所述的基于雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的晶體管，其特征在于，所述的第一隧道勢壘層(4)和第二隧道勢壘層(6)由絕緣材料制成，該絕緣材料包括金屬氧化物絕緣膜、金屬氮化物絕緣膜、有機(jī)或無機(jī)材料絕緣膜、類金剛石薄膜、或EuS；第一隧道勢壘層的厚度為0.5～3.0nm；第二隧道勢壘層的厚度為0.5～4.0nm；其中兩個隧道勢壘層的厚度和材料可以相同或者不相同。
13.按權(quán)利要求12所述的基于雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的晶體管，其特征在于，所述的金屬氧化物絕緣膜和金屬氮化物絕緣膜的金屬選自Al、Ta、Zr、Zn、Sn、Nb、Ga或Mg的金屬元素。
14.按權(quán)利要求6所述的基于雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的晶體管，其特征在于，所述的鐵磁性的磁化強(qiáng)度的方向可由反鐵磁性層釘扎，該反鐵磁性層由Ir、Fe、Rh、Pt或Pd與Mn的合金材料制成，或CoO、NiO或PtCr的反鐵磁性材料構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于雙勢壘隧道結(jié)共振隧穿效應(yīng)的晶體管包括襯底、發(fā)射極、基極、集電極和第一和第二隧道勢壘層；其中第一隧道勢壘層設(shè)置在發(fā)射極和基極之間，第二隧道勢壘層在基極與集電極之間；并且發(fā)射極與基極間和基極與集電極間形成的隧道結(jié)的結(jié)面積的大小為1平方微米～10000平方微米；基極的厚度與該層材料的電子平均自由程可比擬；發(fā)射極、基極和集電極中有且僅有一極的磁化強(qiáng)度的方向是自由的。由于采用雙勢壘結(jié)構(gòu)，克服了由于基極與集電極之間產(chǎn)生的肖特基勢。其中，基極電流為調(diào)制信號，通過改變基極或集電極的磁化強(qiáng)度的方向，使集電極的信號與基極電流的調(diào)制模式相似，即發(fā)生共振隧穿效應(yīng)，在合適的條件下可得到放大的信號。
文檔編號H01L29/88GK1753187SQ20051006434
公開日2006年3月29日 申請日期2005年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月24日
發(fā)明者曾中明, 韓秀峰, 杜關(guān)祥, 魏紅祥, 李飛飛, 詹文山 申請人:中國科學(xué)院物理研究所