異質結高電子遷移率自旋場效應晶體管及制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種異質結高電子迀移率自旋場效應晶體管及制造方法，尤其涉及一種利用對具有缺陷的6H-SiC摻雜氮原子制作源漏極注入接收自旋極化電子的異質結高電子迀移率自旋場效應晶體管及制造方法。
【背景技術】
[0002]隨著現代電子技術的迅速更新，傳統電子器件的發展，無論是規模集成還是運算速度方面，均嚴重限制了微電子科學的發展。新興的自旋電子學以便捷地調控電子自旋為主要目標，開啟了以利用電子自旋來實現信息貯存和傳輸的新領域，引起物理學，材料學以及電子信息學等多科學領域中研究者的共同關注和廣泛興趣。
[0003]近年來，基于二維電子氣提出的自旋場效應管，其理論與實驗研究涉及了電子自旋輸運及材料特性等多方面影響的復雜因素，引起了廣大研究者的關注與探索。其基本構想為通過電光調制器的電子類比提出所謂的自旋場晶體管。由源極輸入的電子自旋沿6H-SiC方向，它可以表不為沿z方向正和負自旋分量的組合，通過電子有效質量哈密頓中的Rashba項引起的自旋向上和自旋向下的電子能量分裂，在輸運過程中產生電子通過場效應管的相位差，在漏極接收到的沿6H-SiC方向自旋的可以看成沿正負z方向自旋的電子相位產生變化，從而進行電流調控。而Rashba項中的Rashba系數Rashba系數η與異質結界面的電場成正比，因此可以通過加柵壓來控制電流大小。
[0004]但是一般的自旋場效應晶體管由鐵磁材料將自旋電子注入到半導體中，但由于鐵磁材料如Fe與半導體材料如Sm的能帶結構不匹配使得自旋注入的效率只有百分之幾。因此，采用相同的源漏極以及溝道材料使能帶結構匹配從而提高注入效率在自旋場效應晶體管器件的應用和研究尤為重要。
[0005]N型摻雜點缺陷6H_SiC材料具有一定的自旋極化效應，可以替代現有的工藝，提尚自旋注入和接收的效率，從而提尚器件的性能。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是針對現有技術的缺陷，提供一種異質結高電子迀移率自旋場效應晶體管及制造方法。可以優化材料在室溫下的自旋極化率。
[0007]為實現上述目的，本發明提供了一種異質結高電子迀移率自旋場效應晶體管，包括:6H-SiC漏區、6H-SiC源區、6H-SiC溝道區、肖特基接觸柵電極、4H-SiC襯底、漏極、源極、SiN隔離層；
[0008]所述6H-S i C漏區、6H-S i C源區、6H-S i C溝道區位于所述4H-S i C襯底上；所述源極位于所述6H-SiC源區上，所述肖特基接觸柵電極位于所述6H-SiC溝道區上，所述漏極位于所述6H-SiC漏區上；所述SiN隔離層位于源極和肖特基接觸柵電極，以及肖特基接觸柵電極和漏極之間。
[0009]進一步的，所述6!1^(:漏區的材料是~型摻雜濃度為1\10170113-1\102°0113的具有缺陷的6H-SiC材料，厚度為0.5 μπι。
[0010]進一步的，所述6!1^(:源區的材料是~型摻雜濃度為1\10170113-1\102°0113的具有缺陷的6H-SiC材料，厚度為0.5 μπι。
[0011 ] 進一步的，所述6H-SiC溝道區由N型摻雜濃度為1 X 1015_1 X 1017cm 3外延層構成。
[0012]進一步的，所述肖特基接觸柵電極是由淀積形成的厚度為300nm的Ni肖特基接觸柵電極。
[0013]進一步的，所述4H-SiC襯底為摻雜濃度為lX1014cm3的4H_SiC材料。
[0014]本發明還提供了一種異質結高電子迀移率自旋場效應晶體管的制造方法，所述方法包括:
[0015]步驟1，依次使用丙酮、無水乙醇和去離子水對4H_SiC襯底進行超聲清洗；
[0016]步驟2，在4H-SiC襯底上化學氣相沉積0.5 μ m輕摻雜的6H_SiC外延層，摻雜濃度為1 X 1015-1 X 1017cm 3;反應溫度為1570°C，壓強為lOOmbar，反應氣體采用硅烷和丙烷，載運氣體米用純氫氣，雜質源米用氣態氮氣；
[0017]步驟3，將四次氮離子選擇性注入形成漏區和源區:
[0018]步驟4，對整個碳化硅外延層進行涂膠、顯影，在源區和漏區上方形成歐姆接觸區域，淀積300nm的Ni金屬，之后通過超聲波剝離使其形成源極和漏極金屬層；在1100°C的氬氣氣氛中，對整個樣品退火3分鐘，形成源、漏歐姆接觸電極；
[0019]步驟5，利用等離子體增強化學氣相淀積法在外延層上方淀積200nm厚的SiN層，之后使用光刻及0匕等離子體刻蝕出1 μπι的柵區；
[0020]步驟6，利用磁控濺射的方法在6H-SiC溝道表面濺射金屬300nm金屬Ni作為肖特基接觸柵電極，然后在氬氣氣氛中快速退火處理。
[0021]進一步的，所述步驟3具體包括:
[0022]步驟31，在碳化硅外延層上淀積一層厚度為1 μπι的A1作為漏區和源區離子注入的阻擋層，通過光刻和刻蝕形成漏區和源區注入區；
[0023]步驟32，在500 °C的溫度下對碳化硅外延層進行四次氮離子注入，先后采用200keV、140keV、lOOkeV和65keV的注入能量，注入到碳化硅外延層，形成深度為0.5 μ m，摻雜濃度為1 X 1017cm Μ X 1020cm 3的漏區和源區;
[0024]步驟33，采用磷酸去除碳化娃外延層上的A1 ；
[0025]步驟34，采用RCA清洗標準對碳化硅外延層表面進行清洗，烘干后制作C膜保護；然后再850°C氬氣氛圍中進行離子激活退火lOmin。
[0026]本發明異質結高電子迀移率自旋場效應晶體管及制造方法，可通過調節離子注入的劑量和退火時間改變源漏材料中的摻雜濃度和缺陷密度，從而優化室溫下材料的自旋極化率。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明異質結尚電子遷移率自旋場效應晶體管的不意圖；
[0028]圖2為本發明異質結高電子迀移率自旋場效應晶體管的制造方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0029]下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
[0030]圖1為本發明異質結尚電子遷移率自旋場效應晶體管的不意圖，如圖所不，具體包括6H-SiC漏區l、6H-SiC源區2、6H-SiC溝道區3、肖特基接觸柵電極4、4H_SiC襯底5、漏極6、源極7和SiN隔離層8。
[0031]6H-SiC漏區l、6H-SiC源區2、6H_SiC溝道區3位于4H_SiC襯底5上；源極7位于6H-SiC源區2上，肖特基接觸柵電極4位于6H-SiC溝道區3上，漏極6位于6H_SiC漏區1上；SiN隔離層8位于源極7和肖特基接觸柵電極4，以及肖特基接觸柵電極4和漏極6之間。
[0032]其中，6H-SiC漏區1和6H-SiC源區2是厚度為0.5μπι，Ν型摻雜濃度為1 X 1017cm 3-1 X 1020cm 3，優選的為1 X 1019cm 3，具有點缺陷結構的6H_SiC材料，由三次或四次氮離子選擇性離子注入形成；6H-SiC溝道區3由N型摻雜濃度為1 X 1015-1 X 1017cm 3夕卜延層構成。6H-SiC溝道區3上方是由淀積形成的厚度為300nm的Ni肖特基接觸柵4 ;漏極6和源極7位于漏區1和源區2上方，通過淀積300nm的Ni形成，SiN作為隔離層位于肖特基接觸柵4與源極6和漏極7之間，采用等離子體化學氣相淀積生成。
[0033]4H-SiC襯底5是摻雜濃度為1 X 1014cm 3的4H_SiC材料。
[0034]本發明的異質結高電子迀移率自旋場效應晶體管可通過調節離子注入的劑量和退火時間改