[发明专利]量子干涉晶体管及其制造和操作方法

说明书

技术领域

示例实施例涉及晶体管和/或制造和/或操作所述晶体管的方法。此外，示 例实施例涉及利用石墨烯的量子干涉晶体管和/或制造和/或操作所述量子干 涉晶体管的方法。

背景技术

增加半导体装置的集成度的一个方法可以是减小半导体装置的元件的尺 寸。因此，可以作出之前没有考虑过的减小元件的尺寸的尝试。例如，在半 导体装置中通常使用的晶体管的沟道的长度可远大于电子的相干波长 λ_coherence。因此，在传统的半导体晶体管中没有考虑电子的波动性。

然而，当前半导体装置的集成度可以增加和/或半导体装置的设计规格可 以为纳米级。因此，晶体管的沟道的长度可小于电子的相干波长λ_coherence。在 这样的情况下，考虑到晶体管的沟道中的电子的输送和/或传输，电子不是被 视为粒子，而是被视为波。即，可以量子化动态地解释电子的行为。

因此，下文中，将这样的晶体管称为量子干涉晶体管：可以以波动来解 释晶体管的沟道中的电子的行为，和/或可以通过波的干涉来确定晶体管的操 作。

量子干涉晶体管的示例可以为利用2D电子气体、超导体或分子中的电 子的波动性的晶体管。这种类型的量子干涉晶体管可以以大约10THz的高频 率进行操作，并可以具有低的功耗，但是会难以进行制造。具体地讲，在利 用2D电子气体或超导体的量子干涉晶体管的情况下，量子干涉晶体管可以 以远低于50K的温度运行，并因此会难以使用。

发明内容

示例实施例可以包括可利用现有技术的制造工艺进行制造并且/或者可 在基本上为室温的温度条件下进行操作的量子干涉晶体管。示例实施例还可 以包括制造和操作所述量子干涉晶体管的方法。

为了实现上面和/或其他的方面，示例实施例可以包括一种量子干涉晶体 管，所述量子干涉晶体管包括：源极；漏极；石墨烯片，包括N个沟道(N≥2)， N个沟道位于源极和漏极之间，并具有N-1个在源极和漏极之间的路径差 (path difference)；至少一个栅极，位于N个沟道中的一个或多个沟道处。

源极和/或漏极可以为相同或不同的石墨烯片的一部分。

路径差可以使得穿过沟道的电子波在漏极中产生相消干涉。

栅极堆叠可以形成在多个沟道路径中的至少一个沟道路径上。栅极堆叠 可以形成在石墨烯片上方和下方中的至少一处。此外，栅极堆叠可以形成为 围绕沟道的一部分。栅极堆叠可以包括栅极绝缘层和/或栅极。

为了实现上面和/或其他的方面，示例实施例可以包括一种制造量子干涉 晶体管的方法，所述量子干涉晶体管包括源极、漏极、N个沟道(N≥2)、至 少一个栅极，N个沟道位于源极和漏极之间，并具有N-1个在源极和漏极之 间的路径差，所述至少一个栅极位于沟道中的一个或多个沟道处，所述方法 包括如下步骤：利用石墨烯片形成N个沟道。

在示例实施例中，源极和/或漏极也可以由石墨烯片形成。

所述方法还可以包括如下步骤：在将要形成量子干涉晶体管的基底上形 成石墨烯片；在石墨烯片上形成限定N个沟道的掩模；去除掩模周围的石墨 烯片；去除掩模。

可以在形成石墨烯片的步骤之前和/或在形成石墨烯片的步骤之后形成 栅极堆叠。

当在形成石墨烯片的步骤之前形成栅极的一部分并在形成石墨烯片的步 骤之后形成栅极的其余部分时，可以将在形成石墨烯片的步骤之前形成的栅 极部分和在形成石墨烯片的步骤之后形成的栅极部分形成为彼此分开或彼此 连接。

为了实现上面和/或其他的方面，示例实施例可以包括一种操作量子干涉 晶体管的方法，所述量子干涉晶体管包括源极、漏极、N个沟道(N≥2)、至 少一个栅极，N个沟道位于源极和漏极之间，并具有N-1个在源极和漏极之 间的路径差，所述至少一个栅极位于沟道中的一个或多个沟道处，所述方法 包括如下步骤：将电压施加到至少一个栅极，其中，电压可以使穿过设置有 所述栅极的沟道的电子波的相位移位。

一种量子干涉晶体管可以包括：源极；漏极；石墨烯片，包括N个沟道 (N≥2)，N个沟道位于源极和漏极之间，并具有的N-1个在源极和漏极之间 路径差；至少一个栅极，位于N个沟道中的一个或多个沟道处。

一种制造量子干涉晶体管的方法可以包括利用石墨烯片形成沟道的步 骤。