硅纳米自旋器件的设计与制备

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任何运动的带电粒子,除了空间六维自由度外,还存在两维自旋(向上和向下)自由度。在磁场存在条件下,对应的两个不同自旋方向的电子能级就会分裂,导致不同自旋的电子运动产生差异,从而可以通过磁场和电场的共同作用来控制电子的运动。根据此机理来构造的器件,可以实现信息的存储、处理等功能。   硅是储存约束自旋态电子的一种非常稳定的材料,这是因为硅中非理想的自旋电子态密度和电子自旋-轨道耦合均非常小。通过制备基于硅的一些特殊的纳米结构,可以实现硅中电子自旋的操纵与探测,因此本文选择硅基纳米自旋器件的设计与制备技术为主要研究方向。   绪论主部分要介绍了自旋电子学的发展,尤其是半导体自旋电子学的一些研究现状,以及微纳加工技术方面的发展。   第二章开展了纳米间隙金属电极方面的研究工作,分别提出以光刻胶和纳米厚度的侧墙作为牺牲层制备纳米间隙电极的方法。光刻胶牺牲层工艺以简单方式形成了亚微米的金属间隙,而在侧墙牺牲层工艺中采用LPCVD SiO2作为牺牲层,制备出间隙为100nm左右的电极。   第三章主要开展了10GHz自旋器件的结构设计与制备工艺研究。重点分析了其中的关键工艺-有源区离子注入,系统分析了V族施主类离子注入的理论,并对V族离子的注入能量、剂量、退火等参数进行了优化。之后项目合作单位-伦敦纳米中心对器件进行了相关的直流Ⅰ-Ⅴ与红外吸收测试与分析,获得了一些相关实验结果。   第四章结合200GHz纳米自旋器件结构的尺度进一步减小,展开对其关键工艺-高阻SOI片的制备、纳米有源区定义、跨微纳尺度加工方面的研究工作,并设计了整套制备200GHz纳米自旋器件的工艺流程,获得初步的流片结果。   最后,对以上工作进行了总结,对进一步改进结构,特别是流程设计,提出了不同思路。  
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