单电子晶体管及其制造技术.pptVIP

降低C的问题不能依靠增大隧道结厚度，否则会限制隧道电流。不能采用增大栅氧化层厚度，否则会增大栅控电压。第29页，共51页，星期日，2025年，2月5日现实的方法选择适合的材料和缩小库仑岛的尺寸SET隧道结面积/nmxnm结电容/aF临界温度/T100x100300330x30303010x103300SET单结尺寸与临界温度的关系第30页，共51页，星期日，2025年，2月5日制作能在室温下工作的SET的关键问题制作或形成均匀的、形状和大小精确可控的极小三维库仑岛；制作或形成厚度起伏极小的隧道结；实现各部分的连接；实现与其他器件的隔离和连接；与现有硅工艺的兼容性第31页，共51页，星期日，2025年，2月5日SET研究进展1988年，MIT的ScottThomas在200mK下偶然发现了SET现象；IBM的Meirav等采用MBE方法制造了完整的SET，并在4K温度下观测到SET特性；1997年，美国明尼苏达州大学，斯蒂芬·乔小组研制出在室温下工作的SET；日立剑桥实验室，由哈鲁·阿迈德小组宣布：一个单电子晶体管首次放大输入的信号，虽然只能放大3.7倍，比传统的晶体管小几百倍；1999日本NTT公司研究成功了使用多个单电子晶体管构成的电子计算机逻辑电路，这种电路经过改进，可用于制造高性能的PC和便携式通信终端设备。第32页，共51页，星期日，2025年，2月5日国内SET研究进展1999年，北大纳米研究中心成功地构造了“单分子隧道结/纳米岛”结构，不仅将au、cds纳米粒子组装在站立于基底的线状分子上，而且还可组装到扫描探针显微镜的针尖上。在多年碳富勒烯研究的基础上，进一步研究了碳纳米管的制备、结构和特性，掌握了有效制造和提纯单壁碳纳米管技术，目前纯度达到90%。利用STM研究了生长于自组装硫醇单分子膜上的、不同尺寸的二维金团簇和单层硫醇分子包裹的三维金团簇的I-V特性，澄清了库仑阻塞效应和分立量子能级在金属纳米团簇的单电子隧穿过程中各自所起的作用。第33页，共51页，星期日，2025年，2月5日目前比较成功的SET工艺技术以MBE生长异质结技术为特征的制备技术；以STM或AFM纳米氧化技术为特征的制备技术；以EBL和SOI技术为特征的制备方法；以EBL与微结构材料技术结合的制备技术；用碳纳米管制备SET。第34页，共51页，星期日，2025年，2月5日用MBE生长异质结技术制备SET在GaAs的基片上用MBE技术生长异质结形成一维或二维电子气（2DEG），以限制电子在Z方向上的运动；再在GaAs上生长势垒区（限制电子再Y方向的运动）和隧道结，形成库仑岛；在库仑岛上面制作栅极。第35页，共51页，星期日，2025年，2月5日用MBE生长异质结技术制备SET（续）第36页，共51页，星期日，2025年，2月5日用STM或AFM进行纳米氧化制备SETSTM阳极纳米氧化加工电流诱导局部氧化过程（CILO）第37页，共51页，星期日，2025年，2月5日STM阳极纳米氧化加工在Si/SiO2的基片上沉淀3nm厚的Ti；以STM探针作阴极，通过吸附在Ti表面的空气中的水，形成纳米尺寸的氧化钛线；形成源极和漏极；制造栅极。第38页，共51页，星期日，2025年，2月5日STM阳极纳米氧化加工（续1）用AFM观测的加工结果典型参数：1TiOx线的宽为15-25nm，长为30-50nm。 2岛尺寸为30-50nm乘35-50nm。 3隧道结电容10-19F。第39页，共51页，星期日，2025年，2月5日STM阳极纳米氧化加工（续2）典型参数：1TiOx线的宽为15-25nm，长为30-50nm。2岛尺寸为30-50nm乘35-50nm。3隧道结电容10-19F。SET结构示意图第40页，共51页，星期日，2025年，2月5日用EBL和SOI技术制备H.Ishikuro采用EBL技术与各向异性腐蚀技术在SIMOX衬底上制造了MOSFET型SET。在40K时出现振荡尖脉冲；EffendiLeobandung采用EBL方法在顶层硅膜60nm厚的SIMOX衬底制造出SET，在170K下观测到60meV的库仑间隙；LeiZhuang改进了EffendiLeobandung的方法，制备了能在室温下呈现明显库仑振荡的SET；T.Sakamoto用EBL直接“写”工艺制造出，在15K-3.5K下观测的周期相等的单岛SET；第41页，共51页，星期日，2025年，2月5日用EBL和