[发明专利]基于磁致压电势的晶体管和磁传感器

说明书

本发明提供一种基于磁致压电势晶体管，包括基底和设置在所述基底上的铁电晶体管，其中，所述基底由磁致伸缩材料构成，所述铁电晶体管中包括压电层。本发明的晶体管主要由三种不同功能材料磁致伸缩层基底材料、压电层材料和半导体层材料复合构成，并且垂直堆垛而成。本发明的基于磁致压电势晶体管还可以作为磁传感器。当该传感器置于磁场中，磁致伸缩材料产生应变并传给铁电晶体管中的压电材料，使压电材料产生压电势；该压电势可以作为栅电压，调节半导体内载流子浓度，使半导体内电阻发生变化，如果在半导体的源漏两端加电压，会使电流在施加磁场后发生变化。

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，特别涉及一种基于磁致压电势的晶体管，以及应用该晶体管的磁传感器。

背景技术

磁传感器是一种把磁场、电流、应力应变、温度、光等外界因素引起的敏感元件磁性能变化转换成电信号，以这种方式来检测相应物理量的器件，在现代电子、国防等领域有着巨大的应用需求，一艘航天飞船需要的磁传感器可达一千多个，全球每年的磁传感器需求以数十亿计。现在商用的磁传感器按照技术进步的发展，主要分为四大类：霍尔效应(Hall Effect)传感器、各向异性磁阻(AMR)传感器、巨磁阻(GMR)传感器和隧道磁阻(TMR)传感器。霍尔传感器是基于霍尔效应制备的，霍尔效应主要是材料中运动的带电粒子在磁场中受到洛仑兹力作用引起偏转。当带电粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，通过测量该电场的大小从而推测磁场强度。各向异性磁阻(AMR)传感器是基于磁阻效应制备的。磁阻效应是指某些金属或半导体在遇到外加磁场时，其电阻值会随着外加磁场的大小发生变化，通过探测阻值变化进而推测待测磁场大小。巨磁阻(GMR)传感器基于巨磁阻效应制成的。巨磁阻效应发生在层状的磁性薄膜结中，主要利用磁场调节载流子与自旋有关的散射，进而调节材料电阻，这种磁阻的变化要明显大于普通的磁阻效应，而且低温下更加明显。隧道磁阻(TMR)传感器发生在磁隧穿结中，其工作原理与巨磁阻效应类似，利用磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感应，比之前所发现的AMR和GMR传感器有更大的磁阻变化率。然而基于单相材料的磁传感器往往灵敏度不是很高，一般需要放大器，价格昂贵。因此，开发复合材料集成的磁传感器有着重要意义，它可起到与现有磁传感器互补的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用磁致伸缩材料作为基底在磁场作用下为铁电晶体管的压电层提供压电势的晶体管和磁传感器。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于磁致压电势晶体管，包括基底和设置在所述基底上的铁电晶体管，其中，所述基底由磁致伸缩材料构成；所述铁电晶体管中包括压电层。

所述铁电晶体管包括层叠设置的下列各层：设置在所述基底上的下电极层、压电层、上电极层、绝缘层和半导体层，以及设置在所述半导体层上的源极和漏极。

所述铁电晶体管包括层叠设置的下列各层：设置在所述基底上的下电极层、压电层、绝缘层和半导体层，以及设置在所述半导体层上的源极漏极。

所述铁电晶体管包括层叠设置的下列各层：设置在所述基底上的下电极层、压电层和半导体层，以及设置在所述半导体层上的源极和漏极。

所述半导体层的材料为氮化镓或硅的薄膜或块体；

或者，所述半导体层的材料为单层分子层二维半导体材料，或者少于100层分子层的二维半导体材料。

所述二维半导体材料包括二硫化钼、二硒化钨或石墨烯。

所述压电层的材料为石英、锆钛酸铅、钛酸钡或铌镁酸铅。

所述基底的材料是铽镝铁(Terfenol-D)、镍膜或金属玻璃。

相应的，本发明还提供一种磁传感器，包括上述任一项中所述的基于磁致压电势晶体管。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：