[发明专利]基于拓扑绝缘体纳米线的场效应管、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于半导体领域，具体涉及一种基于拓扑绝缘体纳米线的场效应管，及其制备方法和应用。

背景技术

场效应管是目前为止电子集成电路中最基本的元器件，通过电场效应来控制流过器件中载流子浓度，从而控制电流的大小。场效应管广泛应用于放大器、逻辑门和存储单元等。

目前为止，场效应管由硅，铝镓砷等半导体材料制作。常见的结构为源级，漏级，连接源漏级的导电沟道和控制沟道中某种载流子类型的栅电极。通过调节栅极电压，就可以实现沟道的关闭和连通。场效应管可以用来制作各种类型的放大器，用于把信号放大到可测量的地步。

在量子计算等极小信号测量中，被测信号通常是一些信号幅度非常小的单量子态，如单电子态等。被测信号需要进一步放大，才能被频谱仪、锁相或者矢量网络分析仪等仪器识别。现有的小信号放大器使用的材料通常是硅，或者铝镓砷等半导体材料。这类材料做成的电子器件本身就由一定的噪声。所以在实际使用中，被测信号的噪声可能和场效应管自身的本底噪声处于一个量级之内。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种低噪声的场效应管，及其制备方法和应用。

在阐述本发明的技术方案之前，定义本文中所使用的术语如下：

术语“PMMA”是指：聚甲基丙烯酸甲酯；

术语“MIBK”是指：甲基异丁酮；

术语“一维电子气”是指：电子只能沿着一维尺度上自由移动的电子系统。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种拓扑绝缘体纳米线的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)切割清洗具有表面氧化层的硅片；

(2)在步骤(1)得到的硅片上电子束蒸发蒸镀纳米金薄膜；和

(3)使用气相沉积法在步骤(2)得到的镀有金薄膜的硅片上生长硒化铋拓扑绝缘体纳米线。

根据本发明第一方面所述的制备方法，其中，步骤(2)中，所述纳米金薄膜的厚度为1～5纳米，优选为2纳米。

优选地，步骤(3)中：所述纳米线生长过程前，500～1000℃高温加热步骤(2)得到的硅片至所述纳米金薄膜融化聚团，优选地，所述加热温度为600℃；和/或

所述纳米线的生长温度为480～600℃，优选为500～550℃，最优选为530℃；所述纳米线的生长时间为10～60分钟，优选为20～40分钟，最优选为30分钟。

本发明的第二方面提供了一种拓扑绝缘体纳米线，所述拓扑绝缘体纳米线由根据本发明第一方面所述的方法制备得到。

本发明的第三方面提供了一种场效应管，所述场效应管包括：

根据本发明第一方面所述方法制备的拓扑绝缘体纳米线；

掺杂硅衬底；

二氧化硅；

源极；

漏极；

顶门；和

边门。

本发明的第四方面提供了一种用于制备根据本发明第三方面所述的场效应管的方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)根据本发明第一方面所述的方法制备硒化铋拓扑绝缘体纳米线；

(2)切割具有表面绝缘氧化层、底部为导电掺杂硅的硅片，对所述硅片绝缘面涂胶及热板烘烤；

(3)对步骤(2)得到的涂胶后的硅片进行电子束曝光及显影，并用电子束蒸发蒸镀纳米金薄膜，去胶后得到带有坐标阵列的硅片；

(4)利用静电吸附将步骤(1)制备的硒化铋纳米线转移到步骤(3)得到的硅片上，并拍摄包含至少两个水平方向金坐标十字的照片；

(5)对步骤(4)得到的硅片带有纳米线的一面涂胶及热板烘烤；

(6)在步骤(4)拍摄的照片基础上设计场效应管的源漏电极和边门和顶门，并对电极区域进行电子束光刻，曝光源漏电极和边门区域，显影并清洗；

(7)将步骤(6)得到的硅片电子束蒸发蒸镀纳米金属钯和纳米金，去胶；

(8)将步骤(7)得到的硅片带纳米线的一面涂胶及热板烘烤，对电极区域进行电子束光刻，曝光顶门区域，显影并清洗；

(9)将步骤(8)得到的硅片电子束蒸发蒸镀氧化物薄膜和纳米金，去胶，得到场效应管；和

(10)测试步骤(9)得到的场效应管。