本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體器件，特別涉及晶體管。

背景技術(shù)：

隨著半導(dǎo)體晶體管越來越小，逼近納米尺度，量子效應(yīng)越來越明顯，這將導(dǎo)致器件工作不穩(wěn)定。除了電子的電荷來傳輸能量和信息外，也可以用電子自旋為基礎(chǔ)，把電子自旋作為信息儲(chǔ)存、處理、輸運(yùn)的載體，研發(fā)新型的電子器件，從而突破器件的尺寸限制。

電子自旋是電子本身的內(nèi)稟屬性，每個(gè)電子自旋都有任意的兩個(gè)方向，大小為(為普朗克常數(shù))。當(dāng)固體中所有的電子自旋指向一個(gè)方向時(shí)，形成熟知的鐵磁體。通常電流中，電子自旋的指向是無規(guī)的，沒有自旋性質(zhì)。但定向相干運(yùn)動(dòng)的電子自旋形成自旋流，在自旋電子器件中，自旋流是傳輸和控制自旋的載體和動(dòng)力。自旋流的產(chǎn)生在實(shí)現(xiàn)自旋電子學(xué)功能的重要步驟。

目前，產(chǎn)生自旋流的方法主要有三種：基于自旋霍爾效應(yīng)的電注入法、利用鐵磁電極的側(cè)向非局域幾何注入法、利用偏振光照射的光注入法。其中光注入法比較簡(jiǎn)便有效，現(xiàn)有的光注入法都是基于砷化鎵和磁性金屬的多層薄膜器件，例Co/Al₂O₃/GaAs、Ni/Al₂O₃/p-GaAs等，如圖1所示。然而，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的光注入法所基于的器件由于使用半導(dǎo)體和鐵磁材料的多層薄膜結(jié)構(gòu)，工藝十分復(fù)雜，并且由該器件所得到的自旋流的自旋極化率也不高，只有約小于10％。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種晶體管，不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且在圓偏振光照射下能夠產(chǎn)生高自旋極化率的自旋流。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的實(shí)施方式公開了一種晶體管，晶體管包括柵極、源極、漏極、絕緣層和溝道層；

柵極和溝道層分別位于絕緣層的兩側(cè)，溝道層僅為一個(gè)過渡金屬硫族化合物層；

源極和漏極分別位于溝道層表面上的兩端。

本實(shí)用新型實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要區(qū)別及其效果在于：

在本實(shí)用新型的晶體管中，溝道層僅為一個(gè)過渡金屬硫族化合物層，不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且在圓偏振光照射下能夠產(chǎn)生高自旋極化率的自旋流，同時(shí)增加了柵極用來控制自旋流導(dǎo)通的源漏電壓閾值。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有的晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型第一實(shí)施方式中一種晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型第一實(shí)施方式中一種晶體管中產(chǎn)生的自旋流的自旋極化率關(guān)于源漏偏壓的曲線示意圖。

圖4是本實(shí)用新型第一實(shí)施方式中一種晶體管中產(chǎn)生的自旋流的自旋極化率關(guān)于源漏極之間的距離的曲線示意圖。

具體實(shí)施方式

在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請(qǐng)而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施方式的種種變化和修改，也可以實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

本實(shí)用新型第一實(shí)施方式涉及一種晶體管。圖2是該晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，該晶體管包括柵極5、源極3、漏極4、絕緣層1和溝道層2。

柵極5和溝道層2分別位于絕緣層1的兩側(cè)，溝道層2僅為一個(gè)過渡金屬硫族化合物層。優(yōu)選地，過渡金屬硫族化合物層為WSe₂或MoS₂?？梢岳斫猓^渡金屬硫族化合物為已知材料。絕緣層可以為SiO₂。

源極3和漏極4分別位于溝道層2表面上的兩端。優(yōu)選地，源極與漏極的距離大于或等于20nm。

在源極與漏極之間加上偏壓并在圓偏振光的照射下，源漏之間即可產(chǎn)生自旋流。左旋和右旋的圓偏振光可以產(chǎn)生自旋極性相反的自旋流，從而可以達(dá)到用圓偏振光來調(diào)控自旋極性的目的。柵極電壓可以用來調(diào)節(jié)自旋流導(dǎo)通的源漏電壓閾值。

由圖2可以看到，相比于圖1的多層結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型的晶體管只需要一層溝道層，即可產(chǎn)生自旋流，工藝上簡(jiǎn)單高效。并且，上述晶體管得到的自旋流極化率比較高，當(dāng)源漏極距離大于50nm時(shí)，可達(dá)99％以上。

圖3和圖4分別示出了以溝道層為WSe₂為例的自旋極化率關(guān)于源漏偏壓和源漏極之間距離的變化。由圖3可以看到，自旋極化率隨著源漏偏壓的增大而減小，但仍保持較大的自旋極化率，例如當(dāng)偏壓在0.6V時(shí)，其極化率仍大于90％。由圖4可以看到，自旋極化率隨著源漏極之間距離的增大而增大，例如當(dāng)源漏極之間的距離達(dá)到20nm時(shí)，其自旋極化率接近99％。

由上可以看到，在本實(shí)用新型的晶體管中，溝道層僅為一個(gè)過渡金屬硫族化合物層，不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且在圓偏振光照射下能夠產(chǎn)生高自旋極化率的自旋流。

需要說明的是，在本專利的權(quán)利要求和說明書中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

雖然通過參照本實(shí)用新型的某些優(yōu)選實(shí)施方式，已經(jīng)對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了圖示和描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作各種改變，而不偏離本實(shí)用新型的精神和范圍。