晶体管的制作方法

本实用新型涉及半导体器件，特别涉及晶体管。

背景技术：

随着半导体晶体管越来越小，逼近纳米尺度，量子效应越来越明显，这将导致器件工作不稳定。除了电子的电荷来传输能量和信息外，也可以用电子自旋为基础，把电子自旋作为信息储存、处理、输运的载体，研发新型的电子器件，从而突破器件的尺寸限制。

电子自旋是电子本身的内禀属性，每个电子自旋都有任意的两个方向，大小为(为普朗克常数)。当固体中所有的电子自旋指向一个方向时，形成熟知的铁磁体。通常电流中，电子自旋的指向是无规的，没有自旋性质。但定向相干运动的电子自旋形成自旋流，在自旋电子器件中，自旋流是传输和控制自旋的载体和动力。自旋流的产生在实现自旋电子学功能的重要步骤。

目前，产生自旋流的方法主要有三种：基于自旋霍尔效应的电注入法、利用铁磁电极的侧向非局域几何注入法、利用偏振光照射的光注入法。其中光注入法比较简便有效，现有的光注入法都是基于砷化镓和磁性金属的多层薄膜器件，例Co/Al₂O₃/GaAs、Ni/Al₂O₃/p-GaAs等，如图1所示。然而，本发明的发明人发现，现有的光注入法所基于的器件由于使用半导体和铁磁材料的多层薄膜结构，工艺十分复杂，并且由该器件所得到的自旋流的自旋极化率也不高，只有约小于10％。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种晶体管，不但结构简单，而且在圆偏振光照射下能够产生高自旋极化率的自旋流。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式公开了一种晶体管，晶体管包括栅极、源极、漏极、绝缘层和沟道层；

栅极和沟道层分别位于绝缘层的两侧，沟道层仅为一个过渡金属硫族化合物层；

源极和漏极分别位于沟道层表面上的两端。

本实用新型实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

在本实用新型的晶体管中，沟道层仅为一个过渡金属硫族化合物层，不但结构简单，而且在圆偏振光照射下能够产生高自旋极化率的自旋流，同时增加了栅极用来控制自旋流导通的源漏电压阈值。

附图说明

图1是现有的晶体管的结构示意图。

图2是本实用新型第一实施方式中一种晶体管的结构示意图。

图3是本实用新型第一实施方式中一种晶体管中产生的自旋流的自旋极化率关于源漏偏压的曲线示意图。

图4是本实用新型第一实施方式中一种晶体管中产生的自旋流的自旋极化率关于源漏极之间的距离的曲线示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型第一实施方式涉及一种晶体管。图2是该晶体管的结构示意图。如图2所示，该晶体管包括栅极5、源极3、漏极4、绝缘层1和沟道层2。

栅极5和沟道层2分别位于绝缘层1的两侧，沟道层2仅为一个过渡金属硫族化合物层。优选地，过渡金属硫族化合物层为WSe₂或MoS₂。可以理解，过渡金属硫族化合物为已知材料。绝缘层可以为SiO₂。

源极3和漏极4分别位于沟道层2表面上的两端。优选地，源极与漏极的距离大于或等于20nm。

在源极与漏极之间加上偏压并在圆偏振光的照射下，源漏之间即可产生自旋流。左旋和右旋的圆偏振光可以产生自旋极性相反的自旋流，从而可以达到用圆偏振光来调控自旋极性的目的。栅极电压可以用来调节自旋流导通的源漏电压阈值。

由图2可以看到，相比于图1的多层结构，本实用新型的晶体管只需要一层沟道层，即可产生自旋流，工艺上简单高效。并且，上述晶体管得到的自旋流极化率比较高，当源漏极距离大于50nm时，可达99％以上。

图3和图4分别示出了以沟道层为WSe₂为例的自旋极化率关于源漏偏压和源漏极之间距离的变化。由图3可以看到，自旋极化率随着源漏偏压的增大而减小，但仍保持较大的自旋极化率，例如当偏压在0.6V时，其极化率仍大于90％。由图4可以看到，自旋极化率随着源漏极之间距离的增大而增大，例如当源漏极之间的距离达到20nm时，其自旋极化率接近99％。

由上可以看到，在本实用新型的晶体管中，沟道层仅为一个过渡金属硫族化合物层，不但结构简单，而且在圆偏振光照射下能够产生高自旋极化率的自旋流。

需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

虽然通过参照本实用新型的某些优选实施方式，已经对本实用新型进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。