專利名稱：電學(xué)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于凝聚態(tài)物理領(lǐng)域，涉及一種電學(xué)器件，尤其涉及一種能夠獲得較大的反?；魻栯娮璧碾妼W(xué)器件。
背景技術(shù)：
霍爾效應(yīng)(Hall effect, HE)是由美國物理學(xué)家霍爾(E. H. Hall)于1879年在研究金屬的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流垂直于外磁場通過導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體的垂直于磁場和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì)出現(xiàn)電勢差，這一現(xiàn)象便是霍爾效應(yīng)。隨后科學(xué)家們在磁性材料中發(fā)現(xiàn)了反?；魻栃?yīng)(anomalous Hall effect, AHE)以及在半導(dǎo)體中發(fā)現(xiàn)了自旋霍爾效應(yīng)(spin Hall effect, SHE)。從理論上講，這三種霍爾效應(yīng)在一定的條件下應(yīng)該存在其相應(yīng)的量子化形式。1980年，德國物理學(xué)家克利青(K. V.·Klitzing)等在研究極低溫度和強(qiáng)磁場中的半導(dǎo)體二維電子氣的輸運(yùn)性質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)了量子霍爾效應(yīng)(quantum Hall effect, QHE) (Klitzing Κ. V. et al. , New Method forHigh-Accuracy Determination of the Fine-Structure Constant Based on QuantizedHall Resistance, Phys Rev Lett, 1980, 45:494-497)。之后，美籍華裔物理學(xué)家崔綺(D.
C.Tsui)和美國物理學(xué)家施特默(H. L. Stormer)在更強(qiáng)磁場下研究量子霍爾效應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)了分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)(fractional quantum Hall effect, FQHE) (Tsui D. C. et al.,Two-Dimensional Magnetotransport in the Extreme Quantum Limit. Phys Rev Lett,1982，48:1559-1562)。2006年，斯坦福大學(xué)美籍華裔理論物理學(xué)家張首晟教授的預(yù)測，在HgTe的量子講中可以實(shí)現(xiàn)所謂的“量子自旋霍爾效應(yīng)”(quantum spin Hall effect,QSHE) (Bernevig B. A. et al. , Quantum spin Hall effect and topological phasetransition in HgTe quantum wells, Science, 2006, 314:1757-1761·)。2007 年量子自旋霍爾效應(yīng)被證明確實(shí)存在(Konig M. et al. Qauntum spin Hall insulator statein HgTe quantum wells. Science, 2007, 318:766-770)。唯獨(dú)量子化的反?；魻栃?yīng)(quantum anomalous Hall effect, QAHE)至今未在實(shí)驗(yàn)中觀測到。QAHE就是零磁場下的量子霍爾效應(yīng)，不需朗道能級就可以使霍爾電阻=h/e2=25. 8千歐(h為普朗克常數(shù)，e為電子電荷)，即量子電阻，可以擺脫量子霍爾效應(yīng)對強(qiáng)磁場和樣品高遷移率的要求，具有現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用意義。拓?fù)浣^緣體(topological insulator)是近年來新認(rèn)識到的一種物質(zhì)形態(tài),它的體能帶結(jié)構(gòu)和普通的絕緣體沒有區(qū)別，都在費(fèi)米能級處有一有限大小的能隙，然而在其表面(或邊界)處卻有無能隙、狄拉克(Dirac)型(具有線性色散關(guān)系)、自旋非簡并的表面(或邊界)態(tài)，從而允許導(dǎo)電。這種表面(或邊界)態(tài)的存在被體能帶的拓?fù)湫再|(zhì)所保護(hù)，因此原則上不會(huì)被表面(或邊界)處的無序所破壞。拓?fù)浣^緣體分為三維拓?fù)浣^緣體和二維拓?fù)浣^緣體。三維拓?fù)浣^緣體具有受拓?fù)浔Ｗo(hù)的二維表面態(tài)，二維拓?fù)浣^緣體具有受拓?fù)浔Ｗo(hù)的一維邊界態(tài)。特別是Bi2Se3族(包括Bi2Se3, Bi2Te3和Sb2Te3)拓?fù)浣^緣體材料的發(fā)現(xiàn)，使得拓?fù)浣^緣體逐漸成為凝聚態(tài)物理研究的熱點(diǎn)。理論物理學(xué)家預(yù)言在拓?fù)浣^緣體中弓I入鐵磁性將會(huì)導(dǎo)致多種新奇拓?fù)淞孔有?yīng)的出現(xiàn)，例如拓?fù)浯烹娦?yīng)、鏡像磁單極效應(yīng)，以及量子化的反?；魻栃?yīng)。2010年，中國科學(xué)院物理研究所的方忠、戴希研究組預(yù)言在三維拓?fù)浣^緣體Bi2Se3, Bi2Te3和Sb2Te3的薄膜中通過摻雜過渡金屬元素Cr或者 Fe 可以實(shí)現(xiàn) QAHE (Yu R. et al. , Quantized anomalous Hall effect in magnetictopological insulators, Science, 2010, 329:61-64)。該文章中提出要實(shí)現(xiàn)QAHE,需要具備三個(gè)條件(1)首先制備出高質(zhì)量的層厚為3QL至5QL的拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜；(2)在拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜中實(shí)現(xiàn)鐵磁性；(3)通過調(diào)節(jié)量子阱薄膜的化學(xué)勢使之落入磁性打開的表面態(tài)能隙中，也就是實(shí)現(xiàn)鐵磁絕緣體。然而，實(shí)際上尚未制造出一種能夠?qū)崿F(xiàn)量子化的反常霍爾效應(yīng)的電學(xué)器件，甚至尚未制造出一種能夠使反常霍爾電阻在千歐量級(對于5納米厚的薄膜，對應(yīng)的電阻率大于或等于O . 5毫歐·厘米)的電學(xué)器件。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，提供一種能夠獲得較大的反?；魻栯娮璧碾妼W(xué)器件尤為重要。一種電學(xué)器件，包括絕緣基底及磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜，該絕緣基底具有相對的第一表面及第二表面，該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子講薄膜生長在該第一表面，該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的材料由化學(xué)式Cry(BixSbh)2ITe3表示，其中0〈χ〈1，0〈y〈2，且X與y的值選擇為使鉻在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜中引入的空穴型載流子與鉍在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜中引入的電子型載流子基本相互抵消，該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的厚度為3QL至5QL。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明通過在Sb2Te3中同時(shí)摻入Cr及Bi，構(gòu)建一個(gè)四元體系，同時(shí)引入了兩種能夠產(chǎn)生相反類型載流子的摻雜原子，在使Sb2Te3具有鐵磁性的同時(shí)使由于Cr的摻雜所引入的空穴型載流子能夠由另一種摻雜原子(Bi)所引入的相反類型的電子型載流子相抵消，從而最大限度的降低體系中的載流子濃度，從而可以獲得較大的反?；魻栯娮?，該較大的反?；魻栯娮杩梢赃_(dá)到千歐量級，甚至實(shí)現(xiàn)量子化反?；魻栃?yīng)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例Sb2Te3晶格結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為立體圖，(b)為俯視圖，(c)為IQL的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例MBE反應(yīng)腔體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為Cr摻雜的Sb2Te3的原子分辨圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例電學(xué)器件的側(cè)視示意圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例電學(xué)器件的俯視示意圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例1的磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜在不同背柵極電壓Vb下的霍爾曲線，其中Ryx的單位為量子電阻h/e2，即25. SkQ。圖7為本發(fā)明實(shí)施例1的磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜在不同Vb下的磁阻曲線，其中Rxx的單位為量子電阻h/e2，即25. 8kΩ。圖8為本發(fā)明實(shí)施例1的磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的Ryx及Rxx隨Vb變化曲線，其中Ryx及Rxx的單位均為量子電阻h/e2，即25. 8kΩ。圖9為本發(fā)明實(shí)施例1的磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的霍爾角Ω·=#1與Vb的變化曲線。圖10為本發(fā)明實(shí)施例2的磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜在不同Vb下的霍爾曲線。圖11為本發(fā)明實(shí)施例2的磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜在不同Vb下的磁阻曲線。
i
圖12為本發(fā)明實(shí)施例2的磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子講薄膜的霍爾角=與Vb的變化曲線。圖13為本發(fā)明實(shí)施例3的磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜在不同Vb下的霍爾曲線，其中Ryx的單位為量子電阻h/e2，即25. 8kΩ。圖14為本發(fā)明實(shí)施例3的磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜在不同Vb下的磁阻曲線，其中Rxx的單位均為量子電阻h/e2，即25. 8kΩ。
i 圖15為本發(fā)明實(shí)施例3的磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的霍爾角f與Vb的變化曲線。圖16為本發(fā)明對比實(shí)驗(yàn)(I)的樣品在不同Vb下的霍爾曲線。圖17為本發(fā)明對比實(shí)驗(yàn)(I)的樣品的Rxx隨背柵電壓Vb的變化曲線。圖18為本發(fā)明對比實(shí)驗(yàn)(I)的樣品的Ryx與載流子的濃度隨背柵電壓Vb的變化曲線。圖19為本發(fā)明對比實(shí)驗(yàn)(2)的樣品在不同Vb下的霍爾曲線。圖20為本發(fā)明對比實(shí)驗(yàn)(3)的樣品在不同Vb下的霍爾曲線。主要元件符號說明
電學(xué)器件[ ο
歲性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜 20~
矩形中部_22_
通電電極連接部_24_
輸出電極連接部
絕緣基底_30_
背柵電極_40_
通電電極50
輸出電極|ε1，Ε2，Ε3
如下具體實(shí)施方式
將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明提供的電學(xué)器件作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。首先對本發(fā)明實(shí)施例提供的電學(xué)器件中的拓?fù)浣^緣體結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。本發(fā)明實(shí)施例提供一種拓?fù)浣^緣體結(jié)構(gòu)，其包括絕緣基底及生長在絕緣基底表面的磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜，該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的材料是銻(Sb)位摻雜Cr及Bi的三碲化二銻(Sb2Te3)，可以由化學(xué)式Cry (BixSb1J 2_yTe3表示，其中0〈χ〈1，0〈y〈2，且X與y的值選擇為使鉻(Cr)在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜中引入的空穴型載流子與鉍(Bi)在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜中引入的電子型載流子基本相互抵消，也就是使得該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜在未通過頂柵電極或背柵電極加電壓進(jìn)行調(diào)控時(shí)的載流子濃度就已經(jīng)降到IXlO13cnT2以下，從而保證應(yīng)用該拓?fù)浣^緣體結(jié)構(gòu)的器件實(shí)現(xiàn)量子化反?；魻栃?yīng)時(shí)頂柵電極或背柵電極調(diào)節(jié)的有效性。該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的厚度為3QL至5QL (約為3納米至5納米)。其中，QL代表5個(gè)原子層的厚度。 具體地，該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜是在Sb2Te3的Sb位摻雜Cr原子及Bi
原子形成。31321^是一種層狀材料，隸屬于三方晶系，空間群為1^(55 ),具體晶格結(jié)構(gòu)如
圖1所示，在圖1中的xy平面上每層的Sb和Te原子均具有六角密排的結(jié)構(gòu)，沿垂直于xy平面的z軸方向呈層狀分布,每五個(gè)原子層組成I個(gè)“五原子層”(Quintuple layer, QL),Cry (BixSb1J2^yTe3中該五個(gè)原子層分別是依次排列的第一 Te原子層(Tel)、摻Cr及Bi的第一 Sb原子層(Sbl)、第二 Te原子層(Te2)、摻Cr及Bi的第二 Sb原子層(Sbl’)、第三Te原子層(Tel’)，在單個(gè)的QL之內(nèi)，Sb (或Cr、Bi)原子和Te原子以共價(jià)-離子型化學(xué)鍵結(jié)合；在相鄰的QL之間，Tel原子層與Tel’原子層之間是范德瓦耳斯力(van der Waalsforce)相互作用，從而形成易于解理的界面。在Cry(BixSbh)2ITe3中，x與y的取值以使Cr在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜中引入的空穴型載流子與Bi在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜中引入的電子型載流子基本相互抵消為準(zhǔn)，具體的，使該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的載流子濃度降到IX IO13CnT2以下。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，O. 05<x<0. 3，0<y<0. 3，且 l:2〈x:y〈2:l，更為優(yōu)選地，2:3 彡 x:y 彡 25:22。該絕緣基底的材料不限，只要能夠在該絕緣基底表面通過分子束外延(molecular beam epitaxy, MBE)法生長該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子講薄膜即可。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，該絕緣基底的材料可以選擇為在小于或等于10開爾文(K)的低溫下具有大于5000的介電常數(shù)的材料，如鈦酸鍶(STO)。由于在獲得較大的反常霍爾電阻，甚至實(shí)現(xiàn)QAHE時(shí)需要對該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜加電壓以進(jìn)行化學(xué)勢調(diào)控，具體可以通過形成頂柵電極和/或背柵電極實(shí)現(xiàn)加載電壓，通過場效應(yīng)調(diào)控該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的化學(xué)勢。然而，為了獲得較大的反?；魻栯娮?，甚至實(shí)現(xiàn)QAHE，需要該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜盡量避免產(chǎn)生任何缺陷，而頂柵電極需要在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體 量子阱薄膜表面形成介電層及金屬電極，這一過程將大大增加破壞磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的幾率。通過采用在低溫下具有較大的介電常數(shù)的絕緣基底，使該絕緣基底在較大厚度時(shí)仍然可以具有較大電容，從而使該絕緣基底可以直接作為背柵電極與該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜之間的介電層使用，從而實(shí)現(xiàn)在低溫下的背柵壓調(diào)控，實(shí)現(xiàn)對磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的化學(xué)勢進(jìn)行調(diào)控，避免了頂柵結(jié)構(gòu)對獲得較大的反?；魻栯娮瑁踔翆?shí)現(xiàn)QAHE帶來的影響。當(dāng)該絕緣基底的材料為STO時(shí)，該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜優(yōu)選是在該STO的(111)晶面的表面上生長的。該STO基底的厚度可以為O.1毫米至I毫米。通過MBE法在STO基底上形成該拓?fù)浣^緣體結(jié)構(gòu)的具體方法包括以下步驟
SI I，提供一 STO基底，該STO基底具有(111)晶面的表面，該STO基底置于超高真空的MBE反應(yīng)腔體中；S12，將該STO基底在該MBE反應(yīng)腔體中進(jìn)行熱處理，使該表面清潔；
S13，加熱該STO基底并在該MBE反應(yīng)腔體中同時(shí)形成B1、Sb、Cr及Te的束流，并控制B1、Sb、Cr及Te的束流的流量從而控制B1、Sb、Cr及Te之間的比例，使Cr在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜中引入的空穴型載流子與Bi在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜中引入的電子型載流子基本相互抵消，從而在該STO基底的該表面形成該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子講薄膜。在步驟Sll中，該STO基底的該表面為原子級平整，具體可將該STO基底切割出(111)晶面的表面，并在小于100°c (如70°C)的去離子水中加熱，并在氧氣和氬氣氛圍中800°C至1200°C (如1000°C)灼燒。在去離子水中加熱時(shí)間可以為I至2小時(shí)，在氧氣和氬氣氛圍中灼燒時(shí)間可以為2至3小時(shí)。分子束外延，即MBE,是指在數(shù)量級為l(r1Qmbar的超高真空下以O(shè). l^lnm/s的慢沉積速率蒸發(fā)鍍膜的一種方法。自從上世紀(jì)70年代發(fā)明以來，MBE已經(jīng)廣泛應(yīng)用于制備高 純度的半導(dǎo)體薄膜。該MBE反應(yīng)腔體可以與變溫掃描隧道顯微鏡(VTSTM)及角分辨光電子能譜(ARPES)組成聯(lián)合系統(tǒng)，對得到的磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜進(jìn)行原位的VTSTM及ARPES原位測量。在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的制備以及后續(xù)的VTSTM-ARPES測量中，該反應(yīng)腔體內(nèi)真空度小于1.0X10_1(lmbar (壓強(qiáng)小于1. OX 10_8 Pa )。在此真空下，在室溫下氣體分子密度約為2. 4X106cm_3，分子的平均間距約為O. 1mm。在超高真空下，可以通過分子束外延技術(shù)獲得純凈度極高、缺陷極少的磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜。與此同時(shí)，在超高真空下還能長時(shí)間的保持磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜表面的清潔。優(yōu)選地，反應(yīng)腔體內(nèi)的真空維持在小于或等于5. OX 10_lclmbar。在步驟S12中，該熱處理的溫度和時(shí)間以達(dá)到使該STO基底的表面盡可能清潔為準(zhǔn)。例如，該熱處理的溫度約為600°C，熱處理的時(shí)間約為I小時(shí)至2小時(shí)。該熱處理STO基底的過程可以除去STO基底表面吸附的有機(jī)物、氣體和水分。在步驟S13中，該B1、Sb、Cr及Te的束流可通過加熱B1、Sb、Cr及Te的蒸發(fā)源形成。具體地，請參閱圖2,該MBE反應(yīng)腔體內(nèi)可設(shè)置有4個(gè)獨(dú)立的蒸發(fā)源(Knudsen cell,K-Cell)，分別盛有固體B1、Sb、Cr及Te。該蒸發(fā)源主要由坩堝、擋板、加熱絲、冷卻水和熱電偶等幾部分組成，其中坩堝材料一般是熱解氮化硼(PBN)或者是三氧化二鋁。該坩堝中盛放B1、Sb、Cr或Te，且該B1、Sb、Cr及Te均具有大于或等于5N級(99. 999%)的較高純度。該加熱絲(如鉭絲或者鎢絲)對該坩堝進(jìn)行加熱，使B1、Sb、Cr及Te蒸發(fā)并通過加熱溫度控制蒸發(fā)速率，并通過設(shè)置在坩堝口的擋板嚴(yán)格控制生長的開始和結(jié)束，從而獲得組分均勻的磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜。循環(huán)冷卻水的作用是降低蒸發(fā)源周圍的溫度，保持蒸發(fā)過程中系統(tǒng)有較好的真空，減少雜質(zhì)的影響。該STO基底放置于該MBE反應(yīng)腔體內(nèi)，(111)晶面的表面面向該蒸發(fā)源，背向該蒸發(fā)源的一側(cè)可以設(shè)置有加熱器，用于對該STO基底進(jìn)行加熱。該流量即為瞬時(shí)流量，也就是單位時(shí)間內(nèi)通過某一截面積的流體量。該B1、Sb、Cr及Te的流量(分別為VTe、VB1、Vsb及V&)需要控制在VT) (VCr+VBi+Vsb)，以保證在Te的氛圍下形成該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜，從而盡量減少Te空位的產(chǎn)生。更為優(yōu)選地，(VCr+VBi+Vsb) : VTe為1:10至1:15。然而Te的流量也不能太大，過大的Te流量容易導(dǎo)致Te在基底表面聚集形成團(tuán)簇。該B1、Sb、Cr及Te的流量可以通過分別控制4個(gè)蒸發(fā)源的溫度進(jìn)行控制，并可以通過流量計(jì)(如石英晶振型氣體流量計(jì))進(jìn)行監(jiān)測。在形成該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的過程中，該STO基底也需要被加熱至一合適溫度，溫度大約為180°C ^2500C，該溫度主要是既保證Te2/Te4分子分解成為Te原子，又同時(shí)保證能夠生成單晶的磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜。該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜中各元素的比例通過石英晶振型氣體流量計(jì)來估算，準(zhǔn)確值通過生長相同比例的厚層(比如100QL)的樣品進(jìn)行化學(xué)分析各元素獲得。在一個(gè)實(shí)施例中，Tsub =180°C至200°C，TTe=310°C, TBi=500°C,Tsb=360°C，TCr=1020°C。該STO基底可通過設(shè)置在STO基底背面的鎢絲進(jìn)行加熱。當(dāng)該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的厚度為5QL時(shí)，更為優(yōu)選地，先在較低的STO基底溫度，如Tsub=180°C時(shí)形成第I層QL的磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜，并在較高的STO基底溫度，如Tsub =200°C時(shí)，在該第I層QL上形成另外4層QL的磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜，作用是為了保證在基底上生長的第I層QL均勻的平鋪到基底上，溫度過高會(huì)導(dǎo)致第I層QL不平，后續(xù)升高基底溫度是為了保證后續(xù)生長的4層QL具有更高的質(zhì)量。優(yōu)選地，在該步驟S13后可進(jìn)一步包括一退火步驟，即形成該磁性摻雜拓?fù)浣^緣 體量子阱薄膜后對該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜在退火溫度下進(jìn)行加熱，以進(jìn)一步減少該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜中的缺陷。該退火溫度可以為180°C至250°C (如200°C)，退火時(shí)間為10分鐘至I小時(shí)(如20分鐘)。可以理解，該拓?fù)浣^緣體結(jié)構(gòu)的制備并不限于上述方法。例如，該絕緣基底可以不限于ST0，例如可以是三氧化二鋁，如單晶的藍(lán)寶石基底(sapphire)，由于藍(lán)寶石基底在低溫下介電常數(shù)只有20，無法作為背柵結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)層。因此在進(jìn)行QAHE實(shí)驗(yàn)時(shí)可以通過頂柵型結(jié)構(gòu)對該化學(xué)勢進(jìn)行調(diào)節(jié)，具體為在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜表面形成一層厚度較薄(如300納米)的介電層(如Al2O3薄膜、HfO2薄膜、MgO薄膜等)，并在該介電層上形成一頂柵電極。另外，為了避免該固體的介電層對該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的影響，也可改用液體柵極，該液體柵極設(shè)置在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜遠(yuǎn)離該絕緣基底的表面。該液體柵極包括液態(tài)介電層及頂柵電極，該液態(tài)介電層直接設(shè)置在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜遠(yuǎn)離該絕緣基底的表面。該頂柵電極與該液態(tài)介電層接觸，并通過該液態(tài)介電層與該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜間隔設(shè)置。具體地，可以將離子液體滴加至該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜表面形成該液態(tài)介電層，該離子液體另一側(cè)通電形成頂柵電極，也就是通過液體柵極來實(shí)現(xiàn)頂柵的調(diào)控。如背景技術(shù)中提到的，Sb2Te3是一種有可能實(shí)現(xiàn)QAHE的拓?fù)浣^緣體材料。理論上，Cr可以以3價(jià)形式等位摻雜于Sb2Te3的Sb位，因此，為獲得QAHE可以將Sb2Te3進(jìn)行無限均勻的Cr摻雜，使拓?fù)浣^緣體材料實(shí)現(xiàn)鐵磁性。這種鐵磁性和傳統(tǒng)的稀磁半導(dǎo)體中的RKKY型鐵磁性不同，不需要有載流子，體系仍然能保持著絕緣體的狀態(tài)，就可以實(shí)現(xiàn)鐵磁的長程有序態(tài)，而且由于磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜中的摻雜的磁性原子的自旋極化與強(qiáng)烈的自旋軌道耦合，在適當(dāng)?shù)膿诫s濃度和溫度下，就可以存在量子化的反?；魻栃?yīng)，因此即使體系處于絕緣態(tài)，鐵磁性仍然可以存在，從而可以在低溫下實(shí)現(xiàn)QAHE。然而，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在真實(shí)體系中，Cr摻雜Sb位的Sb2Te3量子阱薄膜，量載流子濃度非常大。具體地，載流子計(jì)算公式為n2D=l/eRH，其中Rh為霍爾曲線的斜率。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測量Cr摻雜Sb位的Sb2Te3量子阱薄膜的載流子濃度為IO14CnT2量級，無論是利用背柵還是頂柵方式都不具備有效調(diào)節(jié)如此大載流子濃度的本領(lǐng)。形成如此大的載流子濃度主要是由于受實(shí)驗(yàn)條件和環(huán)境因素的影響，在成膜的過程中，實(shí)現(xiàn)原子級無限均勻的摻入Cr是極其困難的，Cr的摻雜容易在Sb2Te3中引入缺陷。請參閱圖3 (通過VTSTM得到的Cr摻雜的Sb2Te3的原子分辨圖)，圖中均勻分布的三角形缺陷即是均勻摻雜的Cr原子，由于Cr原子與Sb原子是等價(jià)替換，所以Cr原子的摻雜并不會(huì)引入額外的載流子，但是在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)中，由于摻雜的Cr原子不可能達(dá)到理想的均勻，可能存在并沒有成鍵的Cr原子，因此可能會(huì)帶來額外的載流子，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該載流子類型為空穴型，并且導(dǎo)致薄膜的載流子濃度非常高，難以通過柵極調(diào)節(jié)化學(xué)勢的方法使載流子濃度降低到實(shí)現(xiàn)較大反常霍爾電阻或觀測到QAHE的程度。本發(fā)明通過在Sb2Te3中同時(shí)摻入Cr及Bi，構(gòu)建一個(gè)四元體系，同時(shí)引入了兩種能夠產(chǎn)生相反缺陷的摻雜原子，在使Sb2Te3具有鐵磁性的同時(shí)使由于Cr的摻雜所引入的缺陷(空穴)能夠由另一種摻雜原子(Bi)所引入的相反類型的缺陷(電子)進(jìn)行抵消，從而最大限度的降低體系中的載流子濃度。該摻入的Bi的量卿Cry(BixSb1J2^yTe3中的x值)是根據(jù)Cr引入的缺陷的量而定的，因此受實(shí)驗(yàn)條件和環(huán)境因素的影響，可以通過對摻入的Cr引·入的缺陷量進(jìn)行分析，再?zèng)Q定摻入Bi的量。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)證明，在O. 05〈x〈0. 3，0〈y〈0. 2，且1:2〈1:7〈2:1,更為優(yōu)選地,2:3 ^ x:y ^ 25:22的范圍內(nèi)，該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子講薄膜中的載流子濃度可以降低到極小，從而能夠通過柵壓調(diào)控的方式調(diào)控化學(xué)勢，使載流子濃度進(jìn)一步趨近于0，從而實(shí)現(xiàn)反?；魻栯娮?Rah)為O. 3 X 25.8k Ω彡Rah彡I X 25. 8k Ω，即 7. 74kΩ ( Rah ( 25. 8kΩ，同時(shí)使反?；魻柦?a = RAH/Rxx)彡 O. 2。進(jìn)一步地，對本發(fā)明實(shí)施例提供的電學(xué)器件進(jìn)行介紹。本發(fā)明實(shí)施例以上述拓?fù)浣^緣體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)形成一電學(xué)器件，包括上述拓?fù)浣^緣體結(jié)構(gòu)，具體地，包括絕緣基底，該絕緣基底具有相對的第一表面及第二表面；及磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜，該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜設(shè)置在該第一表面，該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的材料由化學(xué)式Cry(BixSbh)2VTe3表示，其中0〈x〈l，0〈y〈2，且x與y的值選擇為使鉻在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜中引入的空穴與鉍在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜中引入的電子基本相互抵消，該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的厚度為3QL至5QL。進(jìn)一步地，該電學(xué)器件包括該拓?fù)浣^緣體結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步包括一背柵電極及兩個(gè)通電電極(即源極和漏極)。該背柵電極用于調(diào)控該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的化學(xué)勢。該通電電極用于給該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜通入沿第一方向的電流。該電學(xué)器件可進(jìn)一步包括三個(gè)輸出電極(分別為E1、E2及E3)，該三個(gè)輸出電極用于分別測試該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜在第一方向的電阻(即縱向電阻)及第二方向的電阻(即霍爾電阻)。上述所有電極均可用電子束蒸鍍(E-beam)法形成，材料可以是導(dǎo)電性較好的金或鈦等，也可以采用銦或銀膠直接涂抹到樣品表面作為電極。具體地，該背柵電極設(shè)置在該第二表面。該兩個(gè)通電電極以及三個(gè)輸出電極相互間隔的設(shè)置在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜表面，從而與該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜電連接。該兩個(gè)通電電極分別設(shè)置在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜沿第一方向的兩端。從該El至E2的方向?yàn)樵摰谝环较?即縱向電阻方向)，從該E2至E3的方向?yàn)樵摰诙较?即霍爾電阻方向)，該第一方向垂直該第二方向。該E1、E2及E3可以分別設(shè)置在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜沿第二方向的兩端，例如，El及E2設(shè)置在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜沿第二方向的一端，E3設(shè)置在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜沿第二方向的另一端。該兩個(gè)通電電極可以為條帶狀，具有較長的長度，且長度方向沿該第二方向設(shè)置。該通電電極的長度可以與該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜在第二方向上的長度相等。該三個(gè)輸出電極可均為點(diǎn)狀電極。進(jìn)一步地,請參閱圖4及圖5,圖5中X代表第一方向，y代表第二方向，在一個(gè)實(shí)施例中，在該電學(xué)器件10中，該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜20在該絕緣基底30的第一表面形成一圖案形狀，包括矩形中部22、從該矩形中部22向該兩個(gè)通電電極50分別延伸的兩個(gè)通電電極連接部24、從該矩形中部22向該E1、E2及E3分別延伸且相互間隔的三個(gè)輸出電極連接部26，該矩形中部22在該第二方向上的長度小于該通電電極連接部24在第二方向上的所具有的最大長度，該通電電極連接部24在第二方向上的長度與該通電電極 50的長度相等。該三個(gè)輸出電極連接部26的延伸方向?yàn)樵摰诙较?，具體地，該三個(gè)輸出電極連接部26可從該矩形中部22的三個(gè)角延伸至該E1、E2及E3。該背柵電極40設(shè)置在該絕緣基底30該第二表面。該通電電極50設(shè)置在該通電電極連接部24的一端的表面，該通電電極連接部24的另一端與該矩形中部22相連。該通電電極連接部24可以為三角形，從較寬的通電電極50的端部逐漸過渡至較窄的矩形中部22的端部，從而更好的減小樣品的接觸電阻，從而保證QAHE更容易實(shí)現(xiàn)。該輸出電極連接部26可以為條形結(jié)構(gòu)，具有較窄的寬度，能夠使該矩形中部22與該輸出電極電連接即可。該輸出電極設(shè)置在該輸出電極連接部26的一端的表面，該輸出電極連接部26的另一端與該矩形中部22相連。該矩形中部22在第一方向上的長度為100微米至400微米(如200微米)，該矩形中部22在第二方向上的長度為10微米至40微米(如20微米)。該通電電極連接部24在第二方向上的長度為I毫米至4毫米(如2毫米)，在第一方向上的長度為5毫米至10毫米。另外，該電學(xué)器件可進(jìn)一步具有與El、E2及E3相似的第四輸出電極E4，該E4與該El、E2及E3相互間隔，且分別設(shè)置在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜20沿第二方向的兩端，該E3至E4的方向?yàn)樵摰谝环较?，該El至E4的方向?yàn)樵摰诙较颉Ｏ鄳?yīng)地，該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜20可具有從該矩形中部22向該E1、E2、E3及E4分別延伸且相互間隔的四個(gè)輸出電極連接部26，具體地，該四個(gè)輸出電極連接部26可從該矩形中部22的四個(gè)角延伸至該E1、E2、E3及E4。該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜20除該矩形中部22、通電電極連接部24及輸出電極連接部26外的其他部分可通過機(jī)械刮除法、紫外曝光光刻或電子束光刻(electronbeam lithography, EBL)法去除。本發(fā)明進(jìn)一步提供一種產(chǎn)生QAHE的方法，其包括
S21，在絕緣基底上制備厚度為3QL至5QL的拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜；
S22,在制備該拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的同時(shí)對該拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜摻雜第一元素與第二元素，形成磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜，該第一元素與該第二元素在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜中分別引入空穴型載流子與電子型載流子，使該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜中載流子濃度載流子濃度降到IXlO13cnT2以下，該第一元素與該第二元素中的一種對該拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜進(jìn)行磁性摻雜；
S23，對該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜施加場電壓使載流子濃度進(jìn)一步降低至實(shí)現(xiàn)量子化反常霍爾效應(yīng)。在步驟S23中，當(dāng)該絕緣基底在低溫下具有較大介電常數(shù)時(shí)，該場電壓可僅通過背柵結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。該場電壓的范圍為±200V。該步驟S3優(yōu)選在低溫，如溫度小于或等于IOK下進(jìn)行，更為優(yōu)選地，在溫度小于或等于1. 5K下進(jìn)行。該產(chǎn)生QAHE的方法針對磁性摻雜(如Cr摻雜)可能在原有的拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜中引入缺陷的問題同時(shí)通過化學(xué)摻雜引入類型相反的缺陷且通過施加場電壓兩種手段同時(shí)進(jìn)行的方式，可以真正使載流子濃度將至非常低(如lX1012cm_2以下)，從而可以實(shí)現(xiàn)QAHE。 實(shí)驗(yàn)測試
以不同的磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜形成上述電學(xué)器件，在低溫下通過該兩個(gè)通電電極對該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜通入恒定電流，并通過該三個(gè)輸出電極測試該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜不同方向上的電阻Rxx及Ryx，其中Rxx為沿該恒定電流方向(即第一方向)的電阻(即縱向電阻)，該Ryx為垂直于該恒定電流方向(即第二方向)的電阻(即霍爾電阻)。在測量時(shí)根據(jù)需要通過頂柵電極或背柵電極對磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的化學(xué)勢進(jìn)行電壓調(diào)制。其中頂柵電壓為Vt，背柵電壓為Vb。另外，通過低溫強(qiáng)磁場輸運(yùn)測量系統(tǒng)或者量子擾動(dòng)超導(dǎo)探測器(SQUID)對磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的磁性性質(zhì)進(jìn)行了研究。測試結(jié)果如下述實(shí)施例所述。在磁性材料中廠般定義!^=!^^，!!)+^。其中，Ra為反常霍爾系數(shù)，M(T，H)為磁化強(qiáng)度，Rn為正?；魻栂禂?shù)。定義反?；魻栯娮鑂ah的大小為零磁場下霍爾電阻的大小。式中第一項(xiàng)RaM(T，H)為反?；魻栯娮?Rah=RaM(T，H))，與磁化強(qiáng)度M(T，H)有關(guān)，在低磁場下占主要作用；第二項(xiàng)正常霍爾電阻表示Ryx在高場下的線性部分，Rn決定了載流子的濃度n2D和載流子類型。由于以下實(shí)驗(yàn)均在近似零磁場下研究，因此以下實(shí)驗(yàn)中該Ryx近似等于Rah。實(shí)施例1 (T=30mK，5QL樣品，背柵調(diào)控)
該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜為Cra 15 (Bi0.10Sb0.9) U5Te3,厚度為5QL，絕緣基底30為STO基底。對該拓?fù)浣^緣體結(jié)構(gòu)在不同背柵電壓下的霍爾曲線進(jìn)行測量。請參閱圖6-9，在溫度為30毫開(mK)，樣品的Rah隨背柵電壓(Vb)的變化而變化。圖6-9中霍爾曲線也出現(xiàn)磁滯現(xiàn)象，樣品具有非常好的鐵磁性。當(dāng)OV彡Vb彡IOV時(shí)，樣品的Rah隨Vb的變化不大，當(dāng)Vb為-4. 5V時(shí)，Rah為25. 8千歐。其中μ疋中H是磁化強(qiáng)度，而μ ^是真空導(dǎo)磁率，單位T為特斯拉。實(shí)施例2 (T=l. 5Κ，4QL樣品，背柵調(diào)控)
該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜為Cra22 (Bi0.22Sb0.78)L78Te3,厚度為4QL，絕緣基底30為STO基底。請參閱圖10，在 Τ=1· 5K 時(shí)，STO(Ill)基底上 4QL Cra22(Bia22Sbtl.78) L78Te3 的不同Vb下的霍爾曲線如圖10所示。從圖10中可以看出，霍爾曲線出現(xiàn)磁滯現(xiàn)象，并且磁滯回線形狀很“方”，說明樣品具有非常好的鐵磁性。通過對Vb的調(diào)控，可以獲得較高的Rah。Rah隨著Vb的增大先增大后減小，當(dāng)Vb=45V時(shí)，Rah達(dá)到最大，約為10 kQ，已接近O. 4個(gè)量子電阻(25.8kQ)。圖11是該樣品在不同Vb下的磁阻曲線，不同Vb下，磁阻曲線均為“蝴蝶型”，從一個(gè)側(cè)面也說明樣品具有非常好的鐵磁性。另外在Vb=45V時(shí)，反?；魻柦?a= Rah/RJ已經(jīng)高達(dá)O. 42，這相比5QL的樣品增加了一倍。從圖12可以看出，霍爾角隨Vb的增加而先增大后減小。實(shí)施例3 (T=IOOmK, 4QL樣品，背柵調(diào)控)
該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜為Cra22 (Bi0.22Sb0.78)L78Te3,厚度為4QL，絕緣基底30為STO基底。對該拓?fù)浣^緣體結(jié)構(gòu)在不同背柵電壓下的霍爾曲線進(jìn)行測量。請參閱圖13，在溫度為100毫開(mK)，樣品的Rah隨背柵電壓(Vb)的變化而變化。圖13中霍爾曲線也出現(xiàn)磁滯現(xiàn)象，樣品具有非常好的鐵磁性。當(dāng)OV≤Vb≤20V時(shí)，樣品的Rah隨Vb的變化不大，Rah接近O. 6個(gè)量子電阻(25. 8kQ)0具體地，當(dāng)Vb =10 V，Rah最大，(RAH)max =0. 59h e_2，即約15. 3k Ω。這一數(shù)值已經(jīng)遠(yuǎn)超半個(gè)量子霍爾電阻值，是目前為止世界上所能獲得的最大反?；魻栯娮?。圖14為該樣品在不同Vb下的磁阻曲線，發(fā)現(xiàn)磁阻Rxx隨著Vb的變化相比霍爾電阻隨相同的Vb的變化明顯，特別是當(dāng)Vb =OV時(shí)，此時(shí)的反常霍爾角a (a = RAH/RXX) >0. 5。從圖15可以看出，霍爾角隨Vb的增加而先增大后減小。實(shí)施例4 (T=90mK, 5QL樣品，背極調(diào)控，Vt=O)
該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜為Crai5 (BiaiSba Jh85Te3，厚度為5QL，絕緣基底30為厚度為O. 25mm的STO基底。在溫度為90mK 下，Vb=30V 時(shí)，5QL Crai5(BiaiSba9)h85Te3 的具有最大的 Rah，約為
24.1kQ。實(shí)施例5 (T=400mK, 5QL樣品，背柵調(diào)控，Vt=O)
該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜為Crai5 (BiaiSba Jh85Te3，厚度為5QL，絕緣基底30為厚度為O. 25mm的STO基底。在溫度為400mK 下，Vb=20V 時(shí)，5QL Crai5(BiaiSba9)h85Te3 的具有最大的 Rah，約為23. OkQ。實(shí)施例6 (T=1.5K，5QL樣品，背柵調(diào)控，Vt=O)
該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜為Crai5 (BiaiSba Jh85Te3，厚度為5QL，絕緣基底30為厚度為O. 25mm的STO基底。在溫度為1. 5K 下，Vb=28V 時(shí)，5QL Crai5(BiaiSba9)h85Te3 的具有最大的 Rah，約為19.02kΩ。上述實(shí)施例1-6的測試數(shù)據(jù)總結(jié)如表I所示。表I
權(quán)利要求
1.一種電學(xué)器件，其特征在于，包括絕緣基底，該絕緣基底具有相對的第一表面及第二表面；磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜，該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜設(shè)置在該第一表面，該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的材料由化學(xué)式Cry (BixSb1J 2_yTe3表示，其中 0〈x〈l，0〈y〈2，且X與y的值選擇為使鉻在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜中引入的空穴型載流子與鉍在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜中引入的電子型載流子基本相互抵消， 該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的厚度為3QL至5QL。
2.如權(quán)利要求1所述的電學(xué)器件，其特征在于，該絕緣基底在小于或等于10開爾文的溫度下介電常數(shù)大于5000，該電學(xué)器件進(jìn)一步包括一柵極，該柵極設(shè)置在該第二表面。
3.如權(quán)利要求1所述的電學(xué)器件，其特征在于，該電學(xué)器件進(jìn)一步包括兩個(gè)通電電極相互間隔的設(shè)置在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜表面，且該兩個(gè)通電電極分別設(shè)置在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜沿一第一方向的兩端。
4.如權(quán)利要求3所述的電學(xué)器件，其特征在于，該電學(xué)器件進(jìn)一步包括三個(gè)輸出電極 El、E2及E3，該El、E2及E3相互間隔的設(shè)置在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜表面，從該El至E2的方向?yàn)樵摰谝环较?，從該E2至E3的方向?yàn)橐坏诙较?，該第二方向垂直于該第一方向?br> 5.如權(quán)利要求4所述的電學(xué)器件，其特征在于，該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜具有一圖案形狀，使該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜僅具有矩形中部、從該矩形中部向該兩個(gè)通電電極分別延伸的兩個(gè)通電電極連接部及從該矩形中部向該El、E2及E3分別延伸且相互間隔的三個(gè)輸出電極連接部。
6.如權(quán)利要求5所述的電學(xué)器件,其特征在于,該三個(gè)輸出電極連接部的延伸方向?yàn)樵摰诙较颉?br> 7.如權(quán)利要求4所述的電學(xué)器件，其特征在于，進(jìn)一步包括一第四輸出電極E4，該E4 與該El、E2及E3相互間隔,該E4設(shè)置在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子講薄膜的表面,從該 E3至E4的方向?yàn)樵摰谝环较?，從該El至E4的方向?yàn)樵摰诙较?，該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜具有一圖案形狀，使該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜僅具有矩形中部、從該矩形中部向該兩個(gè)通電電極分別延伸的兩個(gè)通電電極連接部及從該矩形中部向該El、E2、 E3及E4分別延伸且相互間隔的四個(gè)輸出電極連接部，該矩形中部在該第二方向上的長度小于該通電電極連接部在第二方向上的長度，該通電電極連接部在第二方向上的長度與該通電電極的長度相等。
8.如權(quán)利要求1所述的電學(xué)器件，其特征在于，該絕緣基底的材料為鈦酸鍶或三氧化 _■招O
9.如權(quán)利要求1所述的電學(xué)器件，其特征在于，該電學(xué)器件進(jìn)一步包括一液體柵極，該液體柵極設(shè)置在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜遠(yuǎn)離該絕緣基底的表面。
10.如權(quán)利要求1所述的電學(xué)器件，其特征在于，該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的載流子濃度為IXlO13Cnr2以下。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電學(xué)器件，包括絕緣基底及磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜，該絕緣基底具有相對的第一表面及第二表面，該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜生長在該第一表面，該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的材料由化學(xué)式Cry(BixSb1-x)2-yTe3表示，其中0<x<1，0<y<2，且x與y的值選擇為使鉻在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜中引入的空穴型載流子與鉍在該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜中引入的電子型載流子基本相互抵消，該磁性摻雜拓?fù)浣^緣體量子阱薄膜的厚度為3QL至5QL。
文檔編號H01L43/10GK103000803SQ201210559480
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者薛其坤, 何珂, 馬旭村, 陳曦, 王立莉, 王亞愚, 呂力, 常翠祖, 馮硝 申請人:清華大學(xué), 中國科學(xué)院物理研究所