[发明专利]一种光调控的垂直自旋场效应晶体管及制备方法

权利要求书

1.一种基于光调控的垂直自旋场效应晶体管，其特征是，中间层为非磁性半导体层，非磁性半导体层上下均为铁磁性材料薄膜；所述的非磁性半导体层为GaAs基片，铁磁性材料薄膜上引出电极；铁磁性材料薄膜采取具有垂直磁各向异性的铁磁性薄膜，用来产生垂直方向自旋的电子；铁磁性材料薄膜采用非晶铁磁性材料CoFeB薄膜，厚度为1-2nm，通过MgO和Ta的界面效应来诱导出垂直磁各向异性。

2.根据权利要求1所述的基于光调控的垂直自旋场效应晶体管，其特征是，非磁性半导体层双面溅射CoFeB薄膜，依次溅射2nm厚的MgO和5nm厚的Ta保护层。

3.根据权利要求2所述的基于光调控的垂直自旋场效应晶体管，其特征是，所述铁磁性薄膜为具有垂直各向异性的CoFeB，厚度为1.2 nm。

4.根据权利要求2所述的基于光调控的垂直自旋场效应晶体管，其特征是，GaAs基片具有直接带隙近红外波段即800nm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的基于光调控的垂直自旋场效应晶体管，其特征是，所述垂直自旋场效应晶体管开关状态通过圆偏振光的左旋状态和右旋状态来控制。

6.垂直自旋场效应晶体管器件的制备方法，其特征是，包含如下步骤：生长特定浓度的GaAs基片，然后进行放置、光刻、刻蚀、去除、剥离、清洗、分子束外延、磁控溅射；

所述的生长特定浓度的GaAs基片，通过分子束外延方式生长，其基本结构如下：依次为非晶As覆盖层、GaAs层、Al_0.7Ga_0.3As、半绝缘GaAs衬底；GaAs层40-80nm厚，n型掺杂，掺杂浓度为3×10¹⁸ cm ^-3；Al_0.7Ga_0.3As厚度500nm±200nm；半绝缘GaAs衬底厚500±200微米、（100）方向；

放置步骤：将利用分子束外延方式生长好的GaAs基片倒置在硅衬底上，方便将底部的500微米厚的半绝缘的GaAs衬底进行光刻操作。

7.根据权利要求6所述的垂直自旋场效应晶体管器件的制备方法，其特征是，光刻步骤，通过光刻技术在光刻胶位置曝光一个100微米见方的窗口。

8.根据权利要求6所述的垂直自旋场效应晶体管器件的制备方法，其特征是，选择性刻蚀步骤，通过配置NH₄OH和H₂O₂的混合溶液，选择性刻蚀500微米厚的半绝缘GaAs衬底，其大小为100微米见方的窗口；AlGaAs保护层放置该混合溶液刻蚀掉n型掺杂的GaAs薄膜。

9.根据权利要求6所述的垂直自旋场效应晶体管器件的制备方法，其特征是，所述的去除步骤，通过稀释到一定浓度的氢氟酸洗掉阻止选择性刻蚀反应层AlGaAs；所述的剥离步骤，通过机械剥离方法将之前放置在硅衬底上的GaAs基片剥离开；所述的垂直自旋场效应晶体管制备的清洗步骤，通过丙酮将刻蚀好的GaAs基片进行清洗，去掉光刻胶以及刻蚀所用的一些化学试剂。

10.根据权利要求6所述的垂直自旋场效应晶体管器件的制备方法，其特征是，所述的磁控溅射方法生长步骤：通过在超高真空里，对样品进行退火处理进一步清洁样品表面，然后采用磁控溅射方法在刻蚀好的窗口处，双面溅射CoFeB薄膜，同时为了诱导出垂直各向异性，依次溅射2nm厚的MgO和5nm厚的Ta保护层。