【技术实现步骤摘要】
本申请属于电子学，尤其涉及一种基于碳纳米管管束的自旋场效应晶体管及其制备方法。
技术介绍
1、自旋电子学(spintronics)，也称磁电子学。它利用电子的自旋和磁矩，使固体器件中除电荷输运外，还加入电子的自旋和磁矩。应用于自旋电子学的材料，需要具有较高的电子极化率，以及较长的电子自旋弛豫时间。许多新材料，例如磁性半导体、半金属等，近年来被广泛的研究，以求能有符合自旋电子元件应用所需要的性质。
2、目前，自旋电子学的重要研究方向之一是开发合适的自旋电子学材料，最近的研究除了聚焦于传统的铁钴镍基等金属材料，以石墨烯、碳纳米管和富勒烯为代表的碳基材料也受到了广泛的关注。由于碳材料具有相对较弱的超精细相互作用和和自旋轨道耦合效应，因此相较于传统的金属或半导体材料，其可以实现更长的自旋弛豫寿命和自旋扩散长度，从而为大规模自旋集成电路的实现奠定了基础。自旋场效应晶体管(spin-fet)，也称为自旋偏振(极化)半导体场效应晶体管，是一种半导体自旋电子器件。其基本结构与传统的硅基场效应晶体管类似，具有源极、漏极、栅极三个电极和导电沟道，其工作原理是利用铁磁源极向导电沟道注入自旋极化电流，通过自旋轨道耦合及栅极电压电场对自旋流进行调控，利用铁磁漏级检测自旋流。具体地，器件中参与导电的是自旋异质结形成的高迁移率二维电子气；铁磁电极s和d具有相同的极化方向(即其中电子自旋的取向相同)，以注入和收集自旋极化的电子；栅极电场使沟道中高速运动的电子的自旋发生进动或转动，当自旋变成反平行时即被d极排斥而不导电，d极排斥作用的强弱决定于自旋进
3、目前，单壁碳纳米管的自旋场效应晶体管已被相继报道。现有基于单壁碳纳米管的自旋场效应晶体管，由于单壁碳纳米管需要区分金属性和半导体特性，会影响自旋场效应晶体管器件的电学稳定性，并且工业化生产受到制约，器件良品率低。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种基于碳纳米管管束的自旋场效应晶体管及其制备方法，旨在一定程度上解决现有基于单壁碳纳米管的自选场效应晶体管，由于单壁碳纳米管需要区分金属性和半导体特性，会影响自旋场效应晶体管器件的电学稳定性，并且工业化生产受到制约，器件良品率低的问题。
2、为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
3、第一方面，本申请提供一种基于碳纳米管管束的自旋场效应晶体管，包括：绝缘衬底和设置在所述绝缘衬底表面的碳纳米管管束、导电电极和探测电极，以及与所述碳纳米管管束、所述导电电极和所述探测电极绝缘的栅电极；其中，
4、所述导电电极用于提供导通电路；
5、所述导电电极和所述探测电极之间通过所述碳纳米管管束连通；位于所述导电电极和所述探测电极下方的碳纳米管管束的管壁上具有开口；有电流通过所述导电电极时所述碳纳米管管束中产生自旋流；
6、所述探测电极用于检测所述自旋流；
7、所述栅电极用于提供栅极电压控制所述自旋流的状态。
8、第二方面，本申请提供一种基于碳纳米管管束的自旋场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：
9、制备碳纳米管管束，将所述碳纳米管管束转移至绝缘衬底表面；
10、沿所述碳纳米管管束的长度方向，在所述碳纳米管管束表面制备导电电极和探测电极；所述导电电极和所述探测电极之间通过所述碳纳米管管束连通，位于所述导电电极和所述探测电极下方的碳纳米管管束的管壁上具有开口。
11、本申请第一方面提供的基于碳纳米管管束的自旋场效应晶体管中，导电电极用于提供导通电路，电荷从导电电极注入并在导电电极中流动。位于导电电极下方的碳纳米管管束的管壁上具有开口，从而在碳纳米管管束的管壁开口处具有磁矩，当有电流通过导电电极时，导电电极下方碳纳米管管束的开口磁矩在电极电流的作用下产生自旋流。并且，碳纳米管管束管壁上的开口能产生与金属电极接触的碳原，从而更容易实现碳基铁磁性。铁磁性的增强，更有利于自旋注入和过滤。另外，碳纳米管管束不需要区分碳纳米管是半导体性还是金属性，没有手性问题，材料电学性能更为稳定。且碳纳米管管束工艺上更简单，更易制备且更长，有利于降低材料制备成本。导电电极和探测电极之间通过碳纳米管管束连通，即碳纳米管管束在导电电极和探测电极之间形成自旋流沟道，有利于提高自旋流在沟道中的传输效率。导电电极下方碳纳米管中产生的自旋流通过碳纳米管管束形成的自旋流沟道流到探测电极，探测电极基于下方碳纳米管管束的开口磁矩，实现对器件中自旋流的探测，并实现电流和自旋流的分离。
12、本申请第二方面提供的基于碳纳米管管束的自旋场效应晶体管的制备方法，制备的导电电极用于提供导通电路，电荷从导电电极注入并在导电电极中流动。位于导电电极下方的碳纳米管管束的管壁上具有开口，从而在碳纳米管管束的管壁开口处具有磁矩，当有电流通过导电电极时，导电电极下方碳纳米管管束的开口磁矩在电极电流的作用下产生自旋流。导电电极和探测电极之间通过碳纳米管管束连通，即碳纳米管管束在导电电极和探测电极之间形成自旋流沟道，有利于提高自旋流在沟道中的传输效率。导电电极下方碳纳米管中产生的自旋流通过碳纳米管管束形成的自旋流沟道流到探测电极，探测电极基于下方碳纳米管管束的开口磁矩，实现对器件中自旋流的探测，并实现电流和自旋流的分离。并且，制备的碳纳米管管束管壁上的开口能产生与金属电极接触的碳原，从而更容易实现碳基铁磁性。铁磁性的增强，更有利于自旋注入和过滤。另外，碳纳米管管束不需要区分碳纳米管是半导体性还是金属性，没有手性问题，材料电学性能更为稳定。且碳纳米管管束工艺上更简单，更易制备且更长，有利于降低材料制备成本。
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1.一种基于碳纳米管管束的自旋场效应晶体管，其特征在于，包括：绝缘衬底和设置在所述绝缘衬底表面的碳纳米管管束、导电电极和探测电极，以及与所述碳纳米管管束、所述导电电极和所述探测电极绝缘的栅电极；其中，
2.如权利要求1所述的基于碳纳米管管束的自旋场效应晶体管，其特征在于，所述碳纳米管管束选自单壁碳纳米管管束、多壁碳纳米管管束或单壁多壁碳纳米管混合管束；
3.如权利要求1或2所述的基于碳纳米管管束的自旋场效应晶体管，其特征在于，所述导电电极包括源电极和漏电极，注入电荷在所述源电极和所述漏电极之间流动，形成导通电路。
4.如权利要求3所述的基于碳纳米管管束的自旋场效应晶体管，其特征在于，所述栅电极包括顶栅电极或者底栅电极；
5.如权利要求3所述的基于碳纳米管管束的自旋场效应晶体管，其特征在于，所述导电电极、所述探测电极的材质分别独立地选自：钴、钼、镍、铁、钛或者多晶硅。
6.一种基于碳纳米管管束的自旋场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的基于碳纳米管管束的自旋场效应晶体管的制备
8.如权利要求7所述的基于碳纳米管管束的自旋场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述浮动化学气相沉积法的步骤包括：金属催化剂以气态形式与碳源气体和载气共同进入生长区域，在温度为1000～1300℃的浮动状态下合成碳纳米管，并在生长区结合形成所述碳纳米管管束；
9.如权利要求8所述的基于碳纳米管管束的自旋场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述碳源气体与所述载气的流速比为(40～80)：1；
10.如权利要求6～9任一项所述基于碳纳米管管束的自旋场效应晶体管的制备方法，其特征在于，还包括制备栅电极的步骤，所述栅电极包括顶栅电极或者底栅电极。
...【技术特征摘要】
1.一种基于碳纳米管管束的自旋场效应晶体管，其特征在于，包括：绝缘衬底和设置在所述绝缘衬底表面的碳纳米管管束、导电电极和探测电极，以及与所述碳纳米管管束、所述导电电极和所述探测电极绝缘的栅电极；其中，
2.如权利要求1所述的基于碳纳米管管束的自旋场效应晶体管，其特征在于，所述碳纳米管管束选自单壁碳纳米管管束、多壁碳纳米管管束或单壁多壁碳纳米管混合管束；
3.如权利要求1或2所述的基于碳纳米管管束的自旋场效应晶体管，其特征在于，所述导电电极包括源电极和漏电极，注入电荷在所述源电极和所述漏电极之间流动，形成导通电路。
4.如权利要求3所述的基于碳纳米管管束的自旋场效应晶体管，其特征在于，所述栅电极包括顶栅电极或者底栅电极；
5.如权利要求3所述的基于碳纳米管管束的自旋场效应晶体管，其特征在于，所述导电电极、所述探测电极的材质分别独立地选自：钴、钼、镍、铁、钛或者多晶硅。
【专利技术属性】
技术研发人员：彭志盛，李勇军，任红轩，孙连峰，
申请(专利权)人：广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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