專利名稱：一種復合半導體層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體領(lǐng)域，尤其涉及針對微型智能機器人的平面集成系統(tǒng)中的復合半導體層。
背景技術(shù)：
眾所周知，微型智能機器人已被廣泛地應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如信息采集、自動控制、醫(yī)療救護等。一般而言，出去微型機器人的機械部分，電子控制系統(tǒng)可分為信息采集模塊(傳感器單元)、信息處理模塊(邏輯運算單元)、信息存儲模塊(存儲介質(zhì)單元)、信息通訊模塊(微波傳輸單元)、任務(wù)管理模塊、系統(tǒng)引導模塊。其中任務(wù)管理模塊和系統(tǒng)引導模塊可由邏輯運算單元和存儲介質(zhì)單元搭建構(gòu)成。目前，微型智能機器人主要面臨兩大難題一、復雜電磁環(huán)境下系統(tǒng)的可靠性；二、可變頻多信道高速通信系統(tǒng)的可行性。前者，復雜電子環(huán)境主要影響所有完全基于半導體材料的邏輯運算和存儲器件，從而導致系統(tǒng)無法工作。后者，可變頻通信是為了應(yīng)對復雜電磁環(huán)境，多信道高速通訊是為了能在多個微型機器人間實現(xiàn)并行處理(計算)而提出的要求。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，單純依賴半導體材料制成的器件是無法滿足現(xiàn)有要求的。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種用于平面集成系統(tǒng)的復合半導體層，目的是在復雜電磁環(huán)境下，保證該半導體應(yīng)用的可靠性以及保證可變頻多信道高速通信系統(tǒng)的可行性，從而保證該半導體正常工作。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種復合半導體層，該復合半導體層包括SOI襯底，沉積于體硅材料上，且該SOI襯底上沉積有硅薄膜；場效應(yīng)晶體管，在所述硅薄膜上，其源極通過第一過孔連接到第二輔助輸入\輸出信號線上，該第二輔助輸入\輸出信號線通過第三過孔連接到第一輔助輸入\輸出信號線上，所述漏極通過第二過孔連接到第一金屬電極上；其中，所述第一金屬電極通過第四過孔連接到第二金屬電極上，且該第二金屬電極的一端通過第一通孔連接到第二輸入\輸出信號線上，在該第二金屬電極另一端上依次沉積鐵電層、反鐵磁層、下部鐵磁層、隧道絕緣勢壘層、上部鐵磁層、頂部覆蓋層；所述反鐵磁層通過第二通孔連接到第三輸入\輸出信號線上；所述頂部覆蓋層通過第五過孔連接到第一輸入\輸出信號線上。其中，所述下部磁性層、上部磁性層的組成材料為鐵磁性材料、半金屬磁性材料或磁性半導體材料。所述隧道絕緣勢壘層的組成材料為絕緣氧化物。所述輸入/輸出信號線和通孔或過孔的組成材料為半導體工藝上通用的導電良好的金屬。所述反鐵磁性層的組成材料由合金材料或反鐵磁性材料。
所述頂部覆蓋層的組成材料為Ta、Ru或它們的組合。所述鐵電層的組成材料為BF0、ΒΤ0, STO, PMN-PT, ΡΤ0, BiMn03等。所述鐵磁性材料包括3d過渡族磁性金屬、鐵磁性合金、稀土金屬及其鐵磁合金。所述半金屬磁性材料包括=Heussler合金等。所述磁性半導體材料包括Fe、Co、N1、V、Mn摻雜的ZnO、Ti02、Hf02和Sn02，以及Mn 慘雜的 GaAs、InAs、GaN 和 ZnTe 等。本發(fā)明的有益功效在于， 本發(fā)明在復雜電磁環(huán)境下的工作具有可靠性和可行性。由于本專利所涉及的多層膜結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)邏輯操作、存儲操作、傳感器、微波發(fā)射(接收)操作等，可以通過信號線控制實現(xiàn)功能的復用。這些功能全部是利用磁性多層膜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的，而磁性材料的磁矩很穩(wěn)定，具有非易失性和抗輻射性，因此可以在復雜的電磁環(huán)境中可靠地工作。本專利所涉及的多層膜結(jié)構(gòu)中具有產(chǎn)生微波的功能，通過改變控制信息線上的電流大小可以產(chǎn)生不同頻率的微波，從而可以實現(xiàn)變頻多信道的高速通信。以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。


圖1是本發(fā)明的復合半導體層結(jié)構(gòu)示意圖。圖2A是本發(fā)明實施例中復合半導體層的剖面俯視位置示意圖。圖2B是本發(fā)明實施例中復合半導體層的剖面位置I的俯視示意圖。圖2C是本發(fā)明實施例中復合半導體層的剖面位置2的俯視示意圖。圖3A是本發(fā)明實施例中復合半導體層的電路符號表示。圖3B是本發(fā)明實施例中復合半導體層在實現(xiàn)磁性存儲器時的電路符號表示。圖3C是本發(fā)明實施例中復合半導體層在實現(xiàn)磁性傳感器時的電路符號表不。圖3D是本發(fā)明實施例中復合半導體層在實現(xiàn)邏輯器件功能時的三種電路符號表
/Jn ο圖3E是本發(fā)明實施例中復合半導體層在實現(xiàn)納米振蕩器功能時的電路符號表
/Jn ο圖4A是本發(fā)明實施例中復合半導體層陣列在實現(xiàn)平面集成系統(tǒng)時的可編程功能劃分示意圖。圖4B是本發(fā)明實施例中復合半導體層陣列在實現(xiàn)平面集成系統(tǒng)時的示意圖。附圖標記說明I1、12、13 :輸入/輸出信號線；IL1、IL2 :輔助輸入/輸出信號線；AFM:反鐵磁性層；FM2 :下部磁性層；B1:隧道絕緣勢壘層；FMl :上部磁性層；CAP :頂部覆蓋層；P1、P2:金屬電極；
FE :鐵電層；K1、K2、K3、K4、K5 :第一過孔、第二過孔、第三過孔、第四過孔、第五過孔；L1、L2 :第一通孔、第二通孔。
具體實施例方式本發(fā)明的復合半導體層包括SOI襯底，沉積于體硅材料(Bulk Si)上，且該SOI襯底上沉積有硅(Si)薄膜；場效應(yīng)晶體管，在所述硅薄膜上，其源極(Source)通過第一過孔連接到第二輔助輸入\輸出信號線上，該第二輔助輸入\輸出信號線通過第三過孔連接到第一輔助輸入\輸出信號線上，所述漏極(Drain)通過第二過孔連接到第一金屬電極上； 其中，所述第一金屬電極通過第四過孔連接到第二金屬電極上，且該第二金屬電極的一端通過第一通孔連接到第二輸入\輸出信號線上，在該第二金屬電極另一端上依次沉積鐵電層、反鐵磁層、下部鐵磁層、隧道絕緣勢壘層、上部鐵磁層、頂部覆蓋層；所述反鐵磁層通過第二通孔連接到第三輸入\輸出信號線上；所述頂部覆蓋層通過第五過孔連接到第一輸入\輸出信號線上。其中，所述下部磁性層、上部磁性層的組成材料為鐵磁性材料、半金屬磁性材料或磁性半導體材料。所述隧道絕緣勢壘層的組成材料為絕緣氧化物。所述輸入/輸出信號線和通孔或過孔的組成材料為半導體工藝上通用的導電良好的金屬。所述反鐵磁性層的組成材料由合金材料或反鐵磁性材料。所述頂部覆蓋層的組成材料為Ta、Ru或它們的組合。所述鐵電層的組成材料為BF0、ΒΤ0, STO, PMN-PT, ΡΤ0, BiMn03等。所述鐵磁性材料包括3d過渡族磁性金屬、鐵磁性合金、稀土金屬及其鐵磁合金。所述半金屬磁性材料包括Heussler合金等。所述磁性半導體材料包括Fe、Co、N1、V、Mn摻雜的ZnO、Ti02、Hf02和Sn02，以及Mn 慘雜的 GaAs、InAs、GaN 和 ZnTe 等。圖1是本發(fā)明的復合半導體層結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，在SOI襯底(O層)上首先采用通用的半導體技術(shù)制作N型或P型場效應(yīng)晶體管，其中源極Source、漏極Drain位于第I層，溝道(channel)通過高K的材料(High K)與柵極Gate分隔開,其中溝道位于第I層，柵極位于第2層，它的控制線走向為垂直紙面方向，如圓叉所示。該場效應(yīng)管的源極通過兩個獨立的過孔(K1、K3)連接到兩條輔助輸入/輸出信號線I和2上，其中輔助輸入/輸出信號線2 (IL2)位于第3層，輔助輸入/輸出信號線I (ILl)位于第4層,信號線的走向為圖中箭頭方向。它的漏極通過過孔(Κ2)連接到金屬電極Ρ1，它位于第3層，之后通過過孔(Κ4)連接到金屬電極Ρ2，它位于第4層。在該金屬電極上依次沉積鐵電層FE (或多鐵層)、反鐵磁層AFM、下部鐵磁層FM2、隧道絕緣勢壘層B1、上部鐵磁層FMl、覆蓋層CAP。通過一定的微加工手段將其中的覆蓋層通過過孔(K5)連到輸入/輸出信號線I (Il)上，它位于第6層，走向方向平行于紙面，沿箭頭方向；將底部的金屬電極P2直接通過通孔(LI)連到連到輸入/輸出信號線2 (12)上，它位于第5層，走向為垂直紙面方向，如圖中圓叉所示；將其中反鐵磁層AFM通過通孔(L2)連到輸入/輸出信號線3(13)上，它位于第5層，走向為垂直紙面方向，如圖中圓叉所示。為了保證以上所有結(jié)構(gòu)、信號線之間的絕緣性，在生長和微加工的過程中利用絕緣材料(Insulator)做為填充材料。圖2A是本發(fā)明的復合半導體層的剖面俯視位置示意圖，圖2B、2C分別對應(yīng)圖2A中所標識的俯視圖1和俯視圖2。圖3A是整個多功能器件自定義的電路符號。本發(fā)明的復合半導體層可根據(jù)任務(wù)需要改變其功能。通過在復合半導體層的不同管腳進行輸入，復合半導體層可實現(xiàn)邏輯操作、存儲操作、傳感器、微波發(fā)射(接收)操作等。利用本發(fā)明的復合半導體層可以制成一種新型平面集成系統(tǒng)，該系統(tǒng)的信息采集模塊、信息處理模塊、信息存儲模塊、信息通訊模塊、任務(wù)管理模塊、系統(tǒng)引導模塊全部由結(jié)構(gòu)完全相同的復合半導體層組成；且各模塊內(nèi)復合半導體層的個數(shù)，可根據(jù)任務(wù)需要來動態(tài)劃分。具體內(nèi)容如下
[實施例1]基于本發(fā)明的復合半導體層能提供的一種基于電流驅(qū)動的磁性隨機存儲單元，電路符號如圖3B所示，其核心結(jié)構(gòu)為AFM/FM2/B1/FM1，具體包括輸入/輸出信號線I1、13 ;通孔L2 ；反鐵磁性層AFM ；下部磁性層FM2;隧道絕緣勢壘層BI ；上部磁性層FMl ；頂部覆蓋層CAP ；所述輸入/輸出信號線和通孔的組成材料為半導體工藝上通用的導電良好的金屬，如Cu。所述的反鐵磁性層(AFM)的組成材料包括由Ir、Fe、Rh、Pt或Pd與Mn的合金材料制成的、或CoO、NiO、PtCr等反鐵磁性材料。所述的兩個磁性層(下部磁性層FM2、上部磁性層FMl)的組成材料為鐵磁性材料、半金屬磁性材料或磁性半導體材料。上述鐵磁性材料包括Fe、Co、Ni等3d過渡族磁性金屬，Co-Fe, Co-Fe-B, N1-Fe,Co-Fe-N1、Gd-Y等鐵磁性合金，Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er等稀土金屬及其鐵磁合金；上述半金屬磁性材料包括Fe304、Cr02、La0.7SrO. 3Mn03 和 Co2MnSi 等 Heussler合金；上述磁性半導體材料包括Fe、Co、N1、V、Mn摻雜的ZnO、Ti02、Hf02和Sn02，也包括Mn 摻雜的 GaAs, InAs, GaN 和 ZnTe ；所述的隧道絕緣勢壘層BI的組成材料為MgO、A1203、AIN、Ta205或Hf02等絕緣氧化物。所述的頂部覆蓋層CAP的組成材料為Ta、Ru或它們的組合。底部的磁性層通過與反鐵磁性層之間的耦合產(chǎn)生釘扎作用，可以稱為釘扎層，而頂部的磁性層則稱為自由層，當在Il和13之間通入正向或反向電流時，由于自旋轉(zhuǎn)移力矩(STT)效應(yīng)，會使自由層的磁矩發(fā)生定向的翻轉(zhuǎn)，從而使它與釘扎層的磁矩呈現(xiàn)平行或反平行態(tài)排列，對外表現(xiàn)為低阻和高阻狀態(tài)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)位的存儲與讀取。[實施例2]基于本發(fā)明的復合半導體層能一種高靈敏度的磁性傳感器單元，電路符號如圖3C所示。其核心結(jié)構(gòu)為FE/AFM/FM2/B1/FM1，具體包括輸入/輸出信號線I1、13 ;控制信號線12 ； 通孔L1、L2;金屬平臺P2 ；鐵電層FE;反鐵磁性層AFM;下部磁性層FM2;隧道絕緣勢壘層BI ；上部磁性層FMl ；頂部覆蓋層CAP ；所述輸入/輸出信號線、控制信號線、通孔以及金屬平臺的組成材料為半導體工藝上通用的導電良好的金屬，如Cu。所述的鐵電層(FE)的組成材料包括BiFe03 (BFO)、BaTi03 (BTO)、SrTi03 (STO)、Pb (Mgl/3Nb2/3) 03_PbTi03 (PMN-PT)、PbTi03 (PTO)、BiMn03 等；所述的反鐵磁性層(AFM)的組成材料包括由Ir、Fe、Rh、Pt或Pd與Mn的合金材料制成的、或CoO、NiO、PtCr等反鐵磁性材料。所述的兩個磁性層(下部磁性層FM2、上部磁性層FMl)的組成材料為鐵磁性材料、半金屬磁性材料或磁性半導體材料。上述鐵磁性材料包括Fe、Co、Ni等3d過渡族磁性金屬，Co-Fe, Co-Fe-B, N1-Fe,Co-Fe-N1、Gd-Y等鐵磁性合金，Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er等稀土金屬及其鐵磁合金；上述半金屬磁性材料包括Fe304、Cr02、La0.7SrO. 3Mn03 和 Co2MnSi 等 Heussler合金；上述磁性半導體材料包括Fe、Co、N1、V、Mn摻雜的ZnO、Ti02、Hf02和Sn02，也包括Mn 摻雜的 GaAs, InAs, GaN 和 ZnTe ；所述的隧道絕緣勢壘層BI的組成材料為MgO、A1203、AIN、Ta205或Hf02等絕緣氧化物。所述的頂部覆蓋層CAP的組成材料為Ta、Ru或它們的組合。由于鐵電材料一般是絕緣材料，當在12和13之間施加電壓時，會在鐵電層兩端產(chǎn)生一定強度的電場，它與所施加的電壓成正比。當電場足夠強時，鐵電層會誘導反鐵磁層改變鐵磁層的磁矩方向，由圖1中的垂直方向變?yōu)樗椒较?。假設(shè)外界磁場的方向沿水平方向，那么上部磁性層的磁矩會隨外磁場的強度增加而逐漸趨于水平，從而使該結(jié)構(gòu)的整體電阻發(fā)生變化，該變化與外磁場的大小和方向相關(guān)。[實施例3]基于本發(fā)明的復合半導體層能提供一種邏輯判斷單元，電路符號如圖3D所示。其核心結(jié)構(gòu)為AFM/FM2/B1/FM1，具體包括控制/輸出信號線I1、13 ;輸入信號線IL1、IL2 ;通孔L2;過孔1(1、1(3、1(5;場效應(yīng)管FET;反鐵磁性層AFM;下部磁性層FM2;·隧道絕緣勢壘層BI;上部磁性層FMl;頂部覆蓋層CAP;所述控制/輸出信號線、輸入信號線、通孔或過孔的組成材料為半導體工藝上通用的導電良好的金屬，如Cu。所述的反鐵磁性層(AFM)的組成材料包括由Ir、Fe、Rh、Pt或Pd與Mn的合金材料制成的、或CoO、NiO、PtCr等反鐵磁性材料。所述的兩個磁性層(下部磁性層FM2、上部磁性層FMl)的組成材料為鐵磁性材料、半金屬磁性材料或磁性半導體材料。上述鐵磁性材料包括Fe、Co、Ni等3d過渡族磁性金屬，Co-Fe, Co-Fe-B, N1-Fe,Co-Fe-N1、Gd-Y等鐵磁性合金，Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er等稀土金屬及其鐵磁合金；上述半金屬磁性材料包括Fe304、Cr02、La0.7SrO. 3Mn03 和 Co2MnSi 等 Heussler合金；上述磁性半導體材料包括Fe、Co、N1、V、Mn摻雜的ZnO、Ti02、Hf02和Sn02，也包括Mn 摻雜的 GaAs, InAs, GaN 和 ZnTe ；所述的隧道絕緣勢壘層BI的組成材料為MgO、A1203、AIN、Ta205或Hf02等絕緣氧化物。所述的頂部覆蓋層CAP的組成材料為Ta、Ru或它們的組合。如圖2B所示，定義通過ILl和IL2信號線時，無電壓為“O”態(tài)，有電壓為“I”態(tài)，通過的電壓分別定義為Vl和V2。由于理論證明可以利用電壓來調(diào)控反鐵磁層AFM和鐵磁層FM2之間的耦合方式，從而改變底部鐵磁層FM2的磁矩方向，實現(xiàn)信號邏輯判斷。下面介紹“與”邏輯判斷的具體實施方法，但不是僅限于這種方法。與邏輯判斷1.輸入端ILl和IL2信號線上的電壓為零，表示輸入邏輯A和B為0，此時反鐵磁層上的所施加的電壓為零，不改變底部鐵磁層FM2的磁矩方向，此時兩個鐵磁層FMl和FM2的磁矩方向相同，呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，即輸出邏輯Y為O。2.輸入端ILl信號線上的電壓為零，IL2信號線上的電壓為V2，表示輸入邏輯A為0，B為1，此時反鐵磁層上的所施加的電壓為V2，由于V2不足以改變反鐵磁層與鐵磁層之間的耦合方式，因此不改變底部鐵磁層FM2的磁矩方向，此時兩個鐵磁層FMl和FM2的磁矩方向相同，呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，即輸出邏輯Y為零。3.輸入端ILl信號線上電壓為VI，IL2信號線上的電壓為零，表示輸入邏輯A為1，B為O，此時反鐵磁層上的所施加的電壓為VI，由于Vl不足以改變反鐵磁層與鐵磁層之間的耦合方式，因此不改變底部鐵磁層FM2的磁矩方向，此時兩個鐵磁層FMl和FM2的磁矩方向相同，呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，即輸出邏輯Y為零。4.輸入端ILl信號線上電壓為VI，IL2信號線上的電壓為V2，表示輸入邏輯A為1，B為1，此時反鐵磁層上的所施加的電壓為V1+V2，該電壓可以改變反鐵磁層與鐵磁層之間的耦合方式，從而使底部鐵磁層FM2的磁矩方向發(fā)生改變，此時兩個鐵磁層FMl和FM2的磁矩方向相反，呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，即輸出邏輯Y為I。[實施例4]基于本發(fā)明的復合半導體層能提供一種微波發(fā)生單元，等效電路如圖3E所示。其核心結(jié)構(gòu)為FE/AFM/FM2/B1/FM1，具體包括
輸入/輸出信號線I1、13 ;控制信號線12;通孔L1、L2;金屬平臺P2;鐵電層FE;反鐵磁性層AFM;下部磁性層FM2;隧道絕緣勢魚層BI;上部磁性層FMl;頂部覆蓋層CAP;所述輸入/輸出信號線、控制信號線、通孔或過孔以及金屬平臺的組成材料為半導體工藝上通用的導電良好的金屬，如Cu。所述的鐵電層(FE)的組成材料包括BiFe03 (BFO)、BaTi03 (BTO)、SrTi03 (STO)、Pb (Mgl/3Nb2/3) 03_PbTi03 (PMN-PT)、PbTi03 (PTO)、BiMn03 等；所述的反鐵磁性層(AFM)的組成材料包括由Ir、Fe、Rh、Pt或Pd與Mn的合金材料制成的、或CoO、NiO、PtCr等反鐵磁性材料。所述的兩個磁性層(下部磁性層FM2、上部磁性層FMl)的組成材料為鐵磁性材料、半金屬磁性材料或磁性半導體材料。上述鐵磁性材料包括Fe、Co、Ni等3d過渡族磁性金屬，Co-Fe, Co-Fe-B, N1-Fe,Co-Fe-N1、Gd-Y等鐵磁性合金，Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er等稀土金屬及其鐵磁合金；上述半金屬磁性材料包括Fe304、Cr02、La0.7SrO. 3Mn03 和 Co2MnSi 等 Heussler合金；上述磁性半導體材料包括Fe、Co、N1、V、Mn摻雜的ZnO、Ti02、Hf02和Sn02，也包括Mn 摻雜的 GaAs, InAs, GaN 和 ZnTe ；所述的隧道絕緣勢壘層BI的組成材料為MgO、A1203、AIN、Ta205或Hf02等絕緣氧化物。所述的頂部覆蓋層CAP的組成材料為Ta、Ru或它們的組合。由于鐵電材料一般是絕緣材料，當在12和13之間施加電壓時，會在鐵電層兩端產(chǎn)生一定強度的電場，它與所施加的電壓成正比。當電場達到某特定值時，鐵電層會誘導反鐵磁層改變鐵磁層的磁矩方向，由圖1中的垂直方向旋轉(zhuǎn)一定的角度。這時當在Il和13之間通過電流時，由于自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng)，會使自由層中的磁矩產(chǎn)生進動，從而激發(fā)出微波振湯。[實施例5]如圖4A所示，通過對該復合半導體層進行集成，實現(xiàn)晶片級的陣列排布，從而形成集微波產(chǎn)生、探測、調(diào)制、磁性傳感、磁性存儲、邏輯處理為一體的多功能芯片，它可以廣泛用在嵌入式系統(tǒng)中，圖4B給出了一個具體的實施方法，但是其它方案也應(yīng)屬于此專利保護的范圍。任務(wù)管理器通過BIOS讀取系統(tǒng)的配置信息，然后利用行控制器和列控制器對該多功能芯片進行功能設(shè)置，比如選取一個單元作為微波發(fā)射源，將它連接到接收和發(fā)射天線上，從而實現(xiàn)無線的通信與傳輸。選取另外部分單元做為磁性傳感器用于外部的位置、角度、速度等物理量的檢測，它們可以為任務(wù)管理器控制電機等執(zhí)行器提供參考信息。另外系統(tǒng)中可以連接CCD進行圖像的采集同時利用該復合半導體層數(shù)字信號的處理與存儲等。該 復合半導體層陣列還可以做為固態(tài)存儲器進行數(shù)據(jù)和程序區(qū)的存儲。同時由于該復合半導體層具有非易失性、處理速度快、抗輻射能力強、功耗低等優(yōu)點，可以作為外太空中機器人的主控芯片，用于科研考察等。當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種復合半導體層，其特征在于，包括 SOI襯底，沉積于體硅材料上，且該SOI襯底上沉積有硅薄膜； 場效應(yīng)晶體管，在所述硅薄膜上，其源極通過第一過孔連接到第二輔助輸入\輸出信號線上，該第二輔助輸入\輸出信號線通過第三過孔連接到第一輔助輸入\輸出信號線上，所述漏極通過第二過孔連接到第一金屬電極上； 其中，所述第一金屬電極通過第四過孔連接到第二金屬電極上，且該第二金屬電極的一端通過第一通孔連接到第二輸入\輸出信號線上，在該第二金屬電極另一端上依次沉積鐵電層、反鐵磁層、下部鐵磁層、隧道絕緣勢壘層、上部鐵磁層、頂部覆蓋層； 所述反鐵磁層通過第二通孔連接到第三輸入\輸出信號線上； 所述頂部覆蓋層通過第五過孔連接到第一輸入\輸出信號線上。
2.如權(quán)利要求1所述的復合半導體層，其特征在于，所述下部磁性層、上部磁性層的組成材料為鐵磁性材料、半金屬磁性材料或磁性半導體材料。
3.如權(quán)利要求1所述的復合半導體層，其特征在于，所述隧道絕緣勢壘層的組成材料為絕緣氧化物。
4.如權(quán)利要求1所述的復合半導體層，其特征在于，所述輸入/輸出信號線和通孔或過孔的組成材料為半導體工藝上通用的導電良好的金屬。
5.如權(quán)利要求1所述的復合半導體層，其特征在于，所述反鐵磁性層的組成材料由合金材料或反鐵磁性材料。
6.如權(quán)利要求1所述的復合半導體層，其特征在于，所述頂部覆蓋層的組成材料為Ta、Ru或它們的組合。
7.如權(quán)利要求1所述的復合半導體層，其特征在于，所述鐵電層的組成材料為BF0、BTO、STO、PMN-PT、PTO、BiMn03。
8.如權(quán)利要求2所述的復合半導體層，其特征在于，所述鐵磁性材料包括3d過渡族磁性金屬、鐵磁性合金、稀土金屬及其鐵磁合金。
9.如權(quán)利要求2所述的復合半導體層，其特征在于，所述半金屬磁性材料包括Heussler 合金。
10.如權(quán)利要求2所述的復合半導體層，其特征在于，所述磁性半導體材料包括Fe、Co、N1、V、Mn 摻雜的 Zn。、Ti02、Hf02 和 Sn02,以及 Mn 摻雜的 GaAs, InAs, GaN 和 ZnTe0
全文摘要
本發(fā)明提供一種復合半導體層，其包括SOI襯底，沉積于體硅材料上，且該SOI襯底上沉積有硅薄膜；場效應(yīng)晶體管，在所述硅薄膜上，其源極通過第一過孔連接到第二輔助輸入\輸出信號線上，該第二輔助輸入\輸出信號線通過第三過孔連接到第一輔助輸入\輸出信號線上，所述漏極通過第二過孔連接到第一金屬電極上；所述第一金屬電極通過第四過孔連接到第二金屬電極上，且該第二金屬電極的一端通過第一通孔連接到第二輸入\輸出信號線上，在該第二金屬電極另一端上依次沉積鐵電層、反鐵磁層、下部鐵磁層、隧道絕緣勢壘層、上部鐵磁層、頂部覆蓋層；所述反鐵磁層通過第二通孔連接到第三輸入\輸出信號線上；所述頂部覆蓋層通過第五過孔連接到第一輸入\輸出信號線上。
文檔編號H01L23/522GK103000613SQ201210535419
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者郭鵬, 劉東屏, 韓秀峰 申請人:中國科學院物理研究所