硅基平面型三极管器件的制造方法和器件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体领域，具体地，涉及一种硅基平面型三极管器件的制造方法和 器件，来实现在低磁场下获得大的磁电阻效应。
【背景技术】
[0002] 过去的50年里，世界半导体产业的发展一直遵循着著名的摩尔定律，即每隔18到 24个月芯片上晶体管数目就增加一倍。但由于物理体积的限制，按照摩尔定律的预期，半导 体产业的发展在未来十年内将接近极限，传统晶体管电路的性能无法再进一步提升。如何 让半导体器件超越摩尔定律的限制已经成为当今半导体产业亟待解决的一个重要问题。
[0003] 实现半导体器件的磁调控不仅赋予了传统半导体器件新的功能，而且在信息技术 上具有广泛的应用前景。目前半导体器件的磁调控主要可以分为以下两个方面:一是利用 磁场来操控半导体内电子的自旋。通过磁性材料与半导体器件的结合，来实现半导体中自 旋的注入、传输、调控和探测。但是，目前磁性材料的引入仍然无法与现有的半导体工业紧 密结合，同时低的自旋注入效率更使得半导体产业的自旋调控任重而道远。另一个重要的 方面则是避免磁性材料的使用，直接利用磁场来调控半导体中电荷的输运行为。虽然利用 洛仑兹力可以实现磁场对半导体器件输运性质的调控，但是由于其通常被霍尔电场所抵 消，与磁性材料相比，在半导体材料中实现磁操控要困难得多。
[0004] 目前人们陆续在从窄带半导体(Ag2Te, InSb等)到传统半导体(Si，Ge等)都报道了 远大于目前磁性材料的大磁阻效应，但不难看出本质上人们都是利用洛仑兹力对电荷的操 控，因此所需要的工作磁场通常很高，为几个甚至十几特斯拉才能获得可观的效应。如何降 低工作磁场，并进一步探索新的半导体调控机理是目前半导体磁场调控的关键。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种硅基平面型三极管器件的制造方法， 以实现低磁场下获得高的磁电阻效应的优点。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是： 一种硅基平面型三极管器件的制造方法，包括对晶片的上表面和下表面分别进行掺杂 硼离子和磷离子，从而形成结构为P +- η - η +的平面型三极管的步骤。
[0007] 优选的，形成结构为ρ +- η - η +的平面型三极管的步骤具体包括： 步骤1、利用微电机械系统在晶片中掺杂η型粒子从而提高晶片表面电阻率； 步骤2、将掺杂η型粒子后的晶片在氧化炉中高温处理，从而在晶片表面制作氧化层； 步骤3、利用光刻机在高温处理后的晶片表面做出微条状结构； 步骤4、通过中等能量离子注入机在经步骤3处理后的晶片顶部表面和底部表面分别注 入硼离子和磷离子； 步骤5、对经步骤4处理后的晶片的顶部表面和底部表面在真空下采用磁控溅射方式生 长铜电极。
[0008] 优选的，步骤1具体为:利用微电机械系统在晶片中掺杂η型粒子从而使晶片表面 电阻率超过2000 Ω cm。
[0009] 优选的，步骤2具体为:在1030°C下氧化炉中处理4小时，晶片表面制作的氧化层厚 度为6000 A。
[0010] 优选的，步骤4中注入硼离子的条件为:加速电压40 Kev，粒子密度，注入磷离子 的条件为:加速电压60 Kev，粒子密度。
[0011]优选的，步骤5中的真空为真空下。
[0012]同时本发明技术方案还包括一种硅基平面型三极管器件，采用本发明技术方案的 硅基平面型三极管器件的制造方法制作。
[0013] 本发明的技术方案具有以下有益效果： 本发明的技术方案通过在晶片中掺杂硼离子和磷离子，形成结构为P +_ η - η +的平 面型三极管，用磁场代替电场来控制三极管中ρ-η结之间的耦合，从而显著控制三极管中P-η结之间的电流传输，实现在低磁场下获得高的磁电阻效应 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0014] 图Ia为电放大效应示意图； 图Ib三极管的磁放大效应示意图； 图2为三极管器件正面示意图； 图3a非耦合的三极管示意图； 图3b为親合后的二极管不意图； 图3c不同温度下三极管I-V曲线的变化关系示意图； 图4a为测试温度300K，器件处于非耦合状态时，三极管磁传感器探测磁场大小的实际 曲线不意图； 图4b为测试温度为10K，器件处于耦合状态时，三极管磁传感器探测磁场大小的实际曲 线示意图。
[0015] 结合附图，本发明实施例中附图标记如下： 1-电子;2-空穴。
【具体实施方式】
[0016] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实 施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0017] 一种硅基平面型三极管器件的制造方法，包括对晶片的上表面和下表面分别进行 掺杂硼离子和磷离子，从而形成结构为P +- η - η +的平面型三极管的步骤。
[0018] 形成结构为P +- η - η +的平面型三极管的步骤具体包括： 步骤1、利用微电机械系统在晶片中掺杂η型粒子从而提高晶片表面电阻率； 步骤2、将掺杂η型粒子后的晶片在氧化炉中高温处理，从而在晶片表面制作氧化层； 步骤3、利用光刻机在高温处理后的晶片表面做出微条状结构； 步骤4、通过中等能量离子注入机在经步骤3处理后的晶片顶部表面和底部表面分别注 入硼离子和磷离子； 步骤5、对经步骤4处理后的晶片的顶部表面和底部表面在真空下采用磁控溅射方式生 长铜电极。
[0019] 优选的，步骤1具体为:利用微电机械系统在晶片中掺杂η型粒子从而使晶片表面 电阻率超过2000 Ω cm。
[0020] 步骤2具体为：在1030°C下氧化炉中处理4小时，晶片表面制作的氧化层厚度为 6000 Ao
[0021] 步骤4中注入硼离子的条件为:加速电压40 Kev，粒子密度，注入磷离子的条件 为:加速电压60 Kev，粒子密度。
[0022]步骤5中的真空为真空下。
[0023]同时本发明技术方案还包含一种采用本发明技术方案的硅基平面型三极管器件 的制造方法制作的硅基平面型三极管器件。
[0024]本发明一种最优选的方案为:器件样品由MEMS系统制作(微电机械系统）。晶片经 掺杂IO12 atom CHf3的η型粒子使表面电阻率超过2000 Ω cm。通过在氧化炉中1030°c下处 理4小时的方法，在晶片表面制作厚度为6000 A的氧化层。通过光刻机在晶片表面做出微条 状结构。晶片通过中等能量离子注入机进一步处理为顶部表面硼离子注入（加速电压40 Kev,粒子密度2X IO14 atom cm_3)，底部表面磷离子注入(加速电压60 Kev,粒子密度IX IO15 atom cnf3)。最后，在顶部和底部在3 X KT5 Pa真空下通过磁控派射方式生长铜电极。 [0025]本发明技术方案与电放大原理类似如图Ia，构造了一个磁放大三极管。如图Ib所 示，p-n结j 1对应着真空管的收集阳极，j3对应着真空管的发射阴极，而j2为j 1和j3 p-n结 的耦合区域，对应着真空管栅极。
[0026]先以真空管的电放大效应为例解释一下放大效应的原理如图Ia所示。当热电子从 真空管阴极发射出来，通过栅极的金属网被阳极收集，在回路中形成电流。利用栅极金属网 对热电子流量的控制，当