專利名稱：含有多層二維電子氣的量子化霍爾電阻器件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及量子化霍爾電阻技術(shù)領(lǐng)域，尤真涉及一種含有多層二維電 子氣的量子化霍爾電阻器件及其制作方法。
背景技術(shù)：
1980年以前，在計(jì)量科學(xué)中世界各國通常使用一組標(biāo)準(zhǔn)電阻線圈的電 阻平均值來保持電阻單位歐姆。這種利用某種特別穩(wěn)定的實(shí)物來實(shí)現(xiàn)的實(shí)
物計(jì)量基準(zhǔn)具有以下缺陷實(shí)物基準(zhǔn)一旦制成后，其特性會(huì)隨時(shí)間的推移
和溫度的變化發(fā)生緩慢和微小的變化，它們所保存的量值也會(huì)有所改變。 另外，最高等級(jí)的實(shí)物計(jì)量基準(zhǔn)全世界只有一個(gè)或一套， 一旦發(fā)生意外損 壞則使原來連續(xù)保存的單位量值中斷。
美國物理學(xué)家霍爾在1879年研究導(dǎo)體在磁場(chǎng)中導(dǎo)電的性質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)了 經(jīng)典的霍爾效應(yīng)，在此效應(yīng)中霍爾電阻隨磁場(chǎng)改變而線性增加。 一百年后 的1980年，德國物理學(xué)家馮'克利青發(fā)現(xiàn)深低溫和強(qiáng)磁場(chǎng)下的二維電子氣 樣品的霍爾電阻并不隨磁場(chǎng)改變而線性增加，而是從一個(gè)平臺(tái)跳到下一個(gè)
平臺(tái)，每個(gè)平臺(tái)處的霍爾電阻值精確的為^^"2=&"歐姆(其中A是普 朗克常數(shù)，e為電子電荷，A被稱為克利青常數(shù)，/是與每個(gè)平臺(tái)對(duì)應(yīng)的 正整數(shù)l、 2、 3......)，這就是整數(shù)量子化霍爾效應(yīng)。這個(gè)表達(dá)式表明當(dāng)把
一塊物理特性合格的二維電子氣樣品，不管它的大小和形狀如何，其量子 化霍爾電阻都將準(zhǔn)確地由這樣一個(gè)分?jǐn)?shù)給出，這就是量子化霍爾效應(yīng)。
量子霍爾電阻的普遍性和高測(cè)量精確性的特點(diǎn)，使人們?cè)趯ふ覐?fù)現(xiàn)電 阻單位新方法的道路上得到了一種強(qiáng)有力的手段。從1990年1月1日起，
國際計(jì)量委員會(huì)在世界范圍內(nèi)啟用量子化霍爾電阻標(biāo)準(zhǔn)代替原來的實(shí)物 標(biāo)準(zhǔn)，并給出了國際推薦值/ /^/z/^-25812.807Q。從實(shí)踐結(jié)果來看，采用
這種新方法后電阻單位的穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)準(zhǔn)確度提高了 2 3個(gè)數(shù)量級(jí)。
量子化霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的物理原因是電子在垂直作用于二維電子氣平
5面的強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下做回旋運(yùn)動(dòng)，這樣的運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)于一系列的朗道能級(jí)， 在深低溫下和強(qiáng)磁場(chǎng)中的朗道能級(jí)之間的間隙不斷增加，從而在霍爾電壓 曲線上觀察到平臺(tái)。通常作為電阻基準(zhǔn)使用的量子化霍爾電阻器件只含有 一層二維電子氣，利用/=2的平臺(tái)作為復(fù)現(xiàn)量子化霍爾電阻量值的工作點(diǎn)。
然而在/=2平臺(tái)得到的量子化霍爾電阻值為25812.807/2Q,即 12卯6.4035Q。這是一個(gè)較大的非整數(shù)，在實(shí)際的計(jì)量應(yīng)用中不太方便。 要從這個(gè)值傳遞到實(shí)用的十進(jìn)電阻值，需要建立一套高準(zhǔn)確度的非整數(shù)比 例裝置。
將量子化霍爾電阻制作成為平面內(nèi)許多個(gè)量子化霍爾電阻的串并聯(lián) 的陣列，如J. Appl.Phys. 92， P2844 2854中所描述的形式，可以簡化這 種非整數(shù)比例裝置，使得從A到某高或低電阻值的傳遞時(shí)不確定性更小。
但是，如何降低作為電阻的量子計(jì)量基準(zhǔn)所使用的量子化霍爾電阻串 并聯(lián)陣列的制作難度，減小陣列的規(guī)模和外延片材料的消耗，降低在制作 大規(guī)模陣列時(shí)半導(dǎo)體工藝方面的挑戰(zhàn)，同時(shí)增強(qiáng)陣列的可靠性，是目前急 需解決的重要問題。

發(fā)明內(nèi)容
(一) 要解決的技術(shù)問題
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種含有多層二維電子氣的量子化 霍爾電阻器件及其制作方法，以降低作為電阻的量子計(jì)量基準(zhǔn)所使用的量 子化霍爾電阻串并聯(lián)陣列的制作難度，減小陣列的規(guī)模和外延片材料的消 耗，降低在制作大規(guī)模陣列時(shí)半導(dǎo)體工藝方面的挑戰(zhàn)，同時(shí)增強(qiáng)陣列的可 靠性。
(二) 技術(shù)方案
為達(dá)到上述目的的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種含有多層二維電子氣 的量子化霍爾電阻器件，該器件由自下而上依次在GaAs襯底上外延生長 的GaAs緩沖層、多個(gè)由n型AlxGai.xAs與不摻雜GaAs構(gòu)成的二維電子 氣層、n型GaAs蓋帽層，以及在該n型GaAs蓋帽層上依次淀積的AuGeNi 合金電極和Au電極構(gòu)成，其中，n型AlxGai.xAs中的x=0.25~0.32。
6上述方案中，所述在GaAs襯底上外延生長GaAs緩沖層、多個(gè)由n 型AlxGa,—xAs與不摻雜GaAs構(gòu)成的二維電子氣層和n型GaAs蓋帽層， 是采用分子束外延方法或者金屬有機(jī)物氣相外延方法生長的。 上述方案中，所述GaAs緩沖層的厚度為50nm 2000nm。 上述方案中，所述多個(gè)由n型AlxGai.xAs與不摻雜GaAs構(gòu)成的二維 電子氣層中，每個(gè)二維電子氣層是由n型AlxGai.xAs與不摻雜GaAs之間 的界面所形成的。
上述方案中，所述多個(gè)由n型AlxGa,.xAs與不摻雜GaAs構(gòu)成的二維 電子氣層中，n型AlxGai.xAs的厚度為5nm 200nm，不摻雜GaAs的厚度 為5nm 200nm。
上述方案中，所述n型AlxGai.xAs中n型摻雜濃度為l><1017cm—3 lxl018cnf3。
上述方案中，所述多個(gè)由n型AlxGai.xAs與不摻雜GaAs構(gòu)成的二維 電子氣層中，二維電子氣層載流子面密度為3xl011Cm-2 6xlO"Cm-2，且在 77K溫度下載流子遷移率大于10m2/Vs。
上述方案中，所述n型GaAs蓋帽層的厚度為2nm 20nm，在該n型 GaAs蓋帽層中n型摻雜濃度為5xl017cm—3 lxl018cm—3。
上述方案中，所述AuGeNi合金電極和Au電極的長度均為0.001mm lmm，寬度均為0.001mm lmm， AuGeNi合金電極的厚度為10nm lOOOnm， Au電極的厚度為10nm 5000nm。
為達(dá)到上述目的的另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種制作含有多層二維 電子氣的量子化霍爾電阻器件的方法，該方法包括
步驟1、在GaAs襯底上外延生長GaAs緩沖層；
步驟2、在GaAs緩沖層上交替外延生長多層n型AlxGai.xAs與不摻 雜GaAs， x=0.25 0.32，在n型AlxGa,.xAs與不摻雜GaAs的交界面上形
成多個(gè)二維電子氣層；
步驟3、在最上層的二維電子氣層上外延生長n型GaAs蓋帽層，完 成GaAs襯底的外延結(jié)構(gòu)生長；
步驟4、對(duì)完成外延結(jié)構(gòu)生長的GaAs襯底進(jìn)行光刻、顯影、定影和 腐蝕，制作出含有多層二維電子氣的霍爾棒；步驟5、在含有多層二維電子氣的霍爾棒上進(jìn)行第二次光刻和顯影，
形成電極窗口圖形，再蒸發(fā)AuGeNi合金電極層和Au電極層，剝離光刻 膠以后得到有圖案的電極；
步驟6、快速熱退火，使AuGeNi合金電極擴(kuò)散進(jìn)入含有多層二維電 子氣的霍爾棒，使AuGeNi合金電極與霍爾棒形成歐姆接觸。
上述方案中，步驟1中所述GaAs襯底是Si摻雜的n型GaAs襯底， 所述外延生長GaAs緩沖層是采用分子束外延方法或者金屬有機(jī)物氣相外 延方法，所述GaAs緩沖層的厚度為50nm 2000nm。
上述方案中，步驟2中所述n型AlxGai.xAs中n型摻雜濃度為 lxl0'7cm-3 lxl018cm-3。
上述方案中，步驟3中所述n型GaAs蓋帽層的厚度為2nm 20nm， n型GaAs蓋帽層中n型摻雜濃度為5xl017cm—3 lxl018cm-3。
上述方案中，步驟4中所述對(duì)完成外延結(jié)構(gòu)生長的GaAs襯底進(jìn)行光 刻、顯影、定影和腐蝕，具體包括在完成外延結(jié)構(gòu)生長的GaAs襯底上， 首先通過光刻、顯影和定影，制作出霍爾棒的的圖形，再使用化學(xué)濕法腐 蝕的方法，H2S04: H202: H20=5: 1: 25 (體積比)的溶液，l(TC下，去 除霍爾棒圖形以外的部分，腐蝕時(shí)直至腐蝕到所有的二維電子氣層以下， 制作出含有多層二維電子氣的霍爾棒。
上述方案中，步驟5中所述形成的電極窗口圖形，其長為0.001mm lmm，寬為0.001mm lmm;所述蒸發(fā)的AuGeNi合金電極層的厚度為 10nm 1000nm，所述蒸發(fā)的Au電極層的厚度為10nm 5000nm。
上述方案中，步驟6中所述快速熱退火，具體包括在Hy N2 = 4: l
1: 4 (摩爾比)的混合氣體氛圍中，在200 60(TC下快速熱退火10秒 500秒。 '
(三)有益效果
從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果 本發(fā)明在外延生長方向上的并聯(lián)是通過對(duì)AuGeNi合金電極的快速熱 退火工藝完成的，此退火過程使AuGeNi合金電極向n型GaAs層和多個(gè) 二維電子氣層擴(kuò)散，擴(kuò)散進(jìn)入多個(gè)二維電子氣層后形成電極與霍爾棒中多
8個(gè)二維電子氣層的歐姆接觸。這樣的歐姆接觸使得各個(gè)二維電子氣層相互 并聯(lián)起來，根據(jù)電阻并聯(lián)的原理，該器件在低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下得到的量子化霍 爾電阻能夠成倍的降低。此種方法對(duì)半導(dǎo)體外延生長的技術(shù)要求較高，但 是當(dāng)利用這種襯底制作并聯(lián)陣列時(shí)可以成倍減小陣列的規(guī)模和外延片材 料的消耗，降低在制作大規(guī)模陣列時(shí)半導(dǎo)體工藝方面的挑戰(zhàn)，同時(shí)也增強(qiáng) 了陣列的可靠性。


圖1是本發(fā)明提供的含有多層二維電子氣的量子化霍爾電阻器件的橫
截面示意圖；其中，1 GaAs襯底，2 GaAs緩沖層，3 二維電子氣層， 4 n型AlGaAs層，5 非摻雜GaAs層，6 n型GaAs蓋帽層，7 AuGeNi 合金電極層，8 Au電極層；
圖2是本發(fā)明提供的制作含有多層二維電子氣的量子化霍爾電阻器件 的方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí) 施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明將并聯(lián)的理念從在外延片平面方向上擴(kuò)展到外延生長的方向 上來，也就是使用含有多層二維電子氣的外延片，即在外延片的生長過程 中在襯底上一次性生長多層二維電子氣，除了外延生長的環(huán)節(jié)以外的其他 器件制作工藝與單層二維電子氣外延片的相兼容。通過引入外延生長方向 上的并聯(lián)可以制作出立體的量子化霍爾串并聯(lián)陣列。
如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的含有多層二維電子氣的量子化霍爾 電阻器件的橫截面示意圖。該量子化霍爾電阻器件由自下而上依次在 GaAs襯底上外延生長的GaAs緩沖層、多個(gè)由n型AlxGai.xAs與不摻雜 GaAs構(gòu)成的二維電子氣層、n型GaAs蓋帽層，以及在該n型GaAs蓋帽 層上依次淀積的AuGeNi合金電極和Au電極構(gòu)成，其中，n型AlxGai.xAs 中的x=0.25~0.32。
在GaAs襯底上外延生長GaAs緩沖層、多個(gè)由n型AlxGai.xAs與不
9摻雜GaAs構(gòu)成的二維電子氣層和n型GaAs蓋帽層，是采用分子束外延方法或者金屬有機(jī)物氣相外延方法生長的。GaAs緩沖層的厚度為50nm 2000nm。多個(gè)由n型AlxGa"As與不摻雜GaAs構(gòu)成的二維電子氣層中，每個(gè)二維電子氣層是由n型AlxGai.xAs與不摻雜GaAs之間的界面所形成的。多個(gè)由n型AlxGa^As與不摻雜GaAs構(gòu)成的二維電子氣層中，n型AlxGa,.xAs的厚度為5nm 200nm，不摻雜GaAs的厚度為5nm 200nm。n型AlxGaNxAs中n型摻雜濃度為lxl017cm—3 lxl08cm-3。
多個(gè)由n型AlxGai.xAs與不摻雜GaAs構(gòu)成的二維電子氣層中，二維電子氣層載流子面密度為3xl0"cn^ 6xl0"cm'2，且在77K溫度下載流子遷移率大于10m2/Vs。 n型GaAs蓋帽層的厚度為2nm 20nm，在該n型GaAs蓋帽層中n型摻雜濃度為5xl017cm—3 lxl018cm-3。 AuGeNi合金電極和Au電極的長度均為0.001mm lmm，寬度均為0.001mm lmm，AuGeNi合金電極的厚度為10nm 1000nm， Au電極的厚度為10nm 5000nm。
基于圖1所示的含有多層二維電子氣的量子化霍爾電阻器件，圖2示出了本發(fā)明提供的制作含有多層二維電子氣的量子化霍爾電阻器件的方法流程圖，該方法包括
步驟1、在GaAs襯底上外延生長GaAs緩沖層；所述GaAs襯底是Si摻雜的n型GaAs襯底，所述外延生長GaAs緩沖層是采用分子束外延方法或者金屬有機(jī)物氣相外延方法，所述GaAs緩沖層的厚度為50nm 2000nm。
步驟2、在GaAs緩沖層上交替外延生長多層n型AlxGai_xAs與不摻雜GaAs, x=0.25~0.32，在n型AlxGaLXAs與不摻雜GaAs的交界面上形成多個(gè)二維電子氣層；所述n型AlxGa"As中n型摻雜濃度為lxl017cm—3 lxl018cm-3。
步驟3、在最上層的二維電子氣層上外延生長n型GaAs蓋帽層，完成GaAs襯底的外延結(jié)構(gòu)生長；所述n型GaAs蓋帽層的厚度為2nm 20nm， n型GaAs蓋帽層中n型摻雜濃度為5xl017cm—3 lxl018cm-3。
步驟4、對(duì)完成外延結(jié)構(gòu)生長的GaAs襯底進(jìn)行光刻、顯影、定影和腐蝕，制作出含有多層二維電子氣的霍爾棒，具體包括在完成外延結(jié)構(gòu)
10生長的GaAs襯底上，首先通過光刻、顯影和定影，制作出霍爾棒的的圖形，再使用化學(xué)濕法腐蝕的方法，H2S04: H202.: H20=5: 1: 25 (體積比)的溶液，l(TC下，去除霍爾棒圖形以外的部分，腐蝕時(shí)直至腐蝕到所有的二維電子氣層以下，制作出含有多層二維電子氣的霍爾棒。
步驟5、在含有多層二維電子氣的霍爾棒上進(jìn)行第二次光刻和顯影，形成電極窗口圖形，再蒸發(fā)AuGeNi合金電極層和Au電極層，剝離光刻膠以后得到有圖案的電極；所述形成的電極窗口圖形，其長為0.001mm lmm，寬為0.001mm lmm;所述蒸發(fā)的AuGeNi合金電極層的厚度為10nm 1000nm，所述蒸發(fā)的Au電極層的厚度為10nm 5000nm。
步驟6、快速熱退火，使AuGeNi合金電極擴(kuò)散進(jìn)入含有多層二維電子氣的霍爾棒，使AuGeNi合金電極與霍爾棒形成歐姆接觸；所述快速熱退火，具體包括在Hy N2 = 4: 1 1: 4 (摩爾比)的混合氣體氛圍中，
在200 60(TC下快速熱退火10秒 500秒。
以下結(jié)合具體實(shí)施例，詳細(xì)說明本發(fā)明提供的制備含有多層二維電子
氣的量子化霍爾電阻器件的方法，包括以下步驟
步驟101:使用Si摻雜的n型GaAs襯底，利用分子束外延或者金屬有機(jī)物氣相外延方法在襯底上按順序生長厚度為50nm 2000nm的GaAs緩沖層，然后交替生長多層n型AlxGai.xAs (x=0.25 0.32)與不摻雜GaAs，其中n型AlxGai_xAs中n型摻雜濃度為lxl017cm-3 lxl018cm-3，這樣在n型AlxGa^As (x=0.25~0.32)與不慘雜GaAs的交界面上會(huì)形成多個(gè)(兩個(gè)及兩個(gè)以上)二維電子氣層，最后生長一厚度為2nm 20nm的n型GaAs蓋帽層保護(hù)多個(gè)二維電子氣層，也利于金屬電極和外延片形成歐姆接觸，其中n型GaAs中n型摻雜濃度為5xl017cnf3 lxl018cm-3。
步驟102:在完成外延結(jié)構(gòu)生長的襯底上，首先通過光刻、顯影和定影制作出霍爾棒的的圖形，再使用化學(xué)濕法腐蝕的方法(H2S04: H202:H20=5: 1: 25 (體積比)的溶液，l(TC下)去除霍爾棒圖形以外的部分，腐蝕深度根據(jù)具體的外延結(jié)構(gòu)而定，直至腐蝕到所有的二維電子氣層以下。這樣就制作出含有多層二維電子氣的霍爾棒。
步驟103:然后第二次光刻和顯影形成長(0.001mm lmm) x寬(0.001mm lmm)的電極窗口圖形，再蒸發(fā)厚度為10nm 1000nm的
liAuGeNi合金電極層，以及厚度為10nm 5000nm的Au電極層，剝離光
刻膠以后得到有圖案的電極。
步驟104:在H2: N2 = 4: 1 1: 4 (摩爾比):的混合氣體氛圍中，200
60(TC下快速熱退火10秒 500秒，此退火過程使AuGeNi合金電極擴(kuò)散進(jìn)入含有多層二維電子氣的霍爾棒，使AuGeNi合金電極與霍爾棒形成歐姆接觸。這樣的歐姆接觸使得各個(gè)二維電子氣層相互并聯(lián)起來，根據(jù)電阻并聯(lián)的原理，該器件在低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下得到的量子化霍爾電阻能夠成倍的降低。
以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種含有多層二維電子氣的量子化霍爾電阻器件，其特征在于，該器件由自下而上依次在GaAs襯底上外延生長的GaAs緩沖層、多個(gè)由n型AlxGa1-xAs與不摻雜GaAs構(gòu)成的二維電子氣層、n型GaAs蓋帽層，以及在該n型GaAs蓋帽層上依次淀積的AuGeNi合金電極和Au電極構(gòu)成，其中，n型AlxGa1-xAs中的x＝0.25～0.32。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有多層二維電子氣的量子化霍爾電阻器件，其特征在于，所述在GaAs襯底上外延生長GaAs緩沖層、多個(gè)由n ，是采用分子束外延方法或者金屬有機(jī)物氣相外延方法生長的。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有多層二維電子氣的量子化霍爾電阻器件，其特征在于，所述GaAs緩沖層的厚度為50nm 2000nm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有多層二維電子氣的量子化霍爾電阻器件，其特征在于，所述多個(gè)由n型AlxGa"As與不摻雜GaAs構(gòu)成的二維電子氣層中，每個(gè)二維電子氣層是由n型AlxGa,.xAs與不摻雜GaAs之間的界面所形成的。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有多層二維電子氣的量子化霍爾電阻器件，其特征在于，所述多個(gè)由n型AlxGai.xAs與不摻雜GaAs構(gòu)成的二維電子氣層中，n型AlxGai_xAs的厚度為5nm 200nm，不摻雜GaAs的厚度為5nm 200nm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有多層二維電子氣的量子化霍爾電阻器件，其特征在于，所述n型AlxGai.xAs中n型摻雜濃度為lxl017cm—3 lxl018cm—3。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有'多層二維t子氣的量子化霍爾電阻器件，其特征在于，所述多個(gè)由n型AlxGa^As與不摻雜GaAs構(gòu)成的二維電子氣層中，二維電子氣層載流子面密度為3xl0"cn^ 6xl0Ucm—2，且在77K溫度下載流子遷移率大于10m2/Vs。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有多層二維電子氣的量子化霍爾電阻器件，其特征在于，所述n型GaAs蓋帽層的厚度為2nm 20nm，在該n型GaAs蓋帽層中n型摻雜濃度為5xl017cm—3 lxl018cm—3。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有多層二維電子氣的量子化霍爾電阻器件，其特征在于，所述AuGeNi合金電極和Au電極的長度均為0.001mm lmm，寬度均為0.001mm lmm， AuGeNi合金電極的厚度為10nm lOOOnm， Au電極的厚度為10nm 5000nm。
10、 一種制作含有多層二維電子氣的量子化霍爾電阻器件的方法，其特征在于，該方法包括步驟1、在GaAs襯底上外延生長GaAs緩沖層；步驟2、在GaAs緩沖層上交替外延生長多層n型AlxGai.xAs與不摻雜GaAs， x=0.25--0.32，在n型AlxGai.xAs與不摻雜GaAs的交界面上形成多個(gè)二維電子氣層；步驟3、在最上層的二維電子氣層上外延生長n型GaAs蓋帽層，完成GaAs襯底的外延結(jié)構(gòu)生長；步驟4、對(duì)完成外延結(jié)構(gòu)生長的GaAs襯底進(jìn)行光刻、顯影、定影和腐蝕，制作出含有多層二維電子氣的霍爾棒；步驟5、在含有多層二維電子氣的霍爾棒上進(jìn)行第二次光刻和顯影，形成電極窗口圖形，再蒸發(fā)AuGeNi合金電極層和Au電極層，剝離光刻膠以后得到有圖案的電極；步驟6、快速熱退火，使AuGeNi合金電極擴(kuò)散進(jìn)入含有多層二維電子氣的霍爾棒，使AuGeNi合金電極與霍爾棒形成歐姆接觸。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的制作含有多層二維電子氣的量子化霍爾電阻器件的方法，其特征在于，步驟1中所述GaAs襯底是Si摻雜的n型GaAs襯底，所述外延生長GaAs緩沖層是采用分子束外延方法或者金屬有機(jī)物氣相外延方法，所述GaAs緩沖層的厚度為50nm 2000nm。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的制作含有多層二維電子氣的量子化霍爾電阻器件的方法，其特征在于，步驟2中所述h型AlxGa^As中n型摻雜濃度為lxl017cm_3 lxl018cm-3。
13、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的制作含有多層二維電子氣的量子化霍爾電阻器件的方法，其特征在于，步驟3中所述n型GaAs蓋帽層的厚度為2nm 20nm，n型GaAs蓋帽層中n型摻雜濃度為5xl017cnr3 lxl018cm-3。
14、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的制作含有多層二維電子氣的量子化霍爾電阻器件的方法，其特征在于，步驟4中所述對(duì)完成外延結(jié)構(gòu)生長的GaAs 襯底進(jìn)行光刻、顯影、定影和腐蝕，具體包括-在完成外延結(jié)構(gòu)生長的GaAs襯底上，首先通過光刻、顯影和定影， 制作出霍爾棒的的圖形，再使用化學(xué)濕法腐蝕的方法，H2S04: H202: H20=5: 1: 25(體積比)的溶液，l(TC下，去除霍爾棒圖形以外的部分，腐 蝕時(shí)直至腐蝕到所有的二維電子氣層以下，制作出含有多層二維電子氣的 霍爾棒。 '
15、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的制作含有多層二維電子氣的量子化霍爾 電阻器件的方法，其特征在于，步驟5中所述形成的電極窗口圖形，其長 為0.001mm lmm，寬為0.001mm lmm;所述蒸發(fā)的AuGeNi合金電極 層的厚度為10nm 1000nm，所述蒸發(fā)的Au電極層的厚度為10nm 5000nm。
16、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的制作含有多層二維電子氣的量子化霍爾電阻器件的方法，其特征在于，步驟6中所述快速熱退火，具體包括在H2: N2 = 4: 1 1: 4(摩爾比)的混合氣體氛圍中，在200 600。C下 快速熱退火10秒 500秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含有多層二維電子氣的量子化霍爾電阻器件，該器件由自下而上依次在GaAs襯底上外延生長的GaAs緩沖層、多個(gè)由n型Al_xGa_1-xAs與不摻雜GaAs構(gòu)成的二維電子氣層、n型GaAs蓋帽層，以及在該n型GaAs蓋帽層上依次淀積的AuGeNi合金電極和Au電極構(gòu)成，其中，n型Al_xGa_1-xAs中的x＝0.25～0.32。本發(fā)明同時(shí)公開了一種制作含有多層二維電子氣的量子化霍爾電阻器件的方法。利用本發(fā)明，可以成倍減小陣列的規(guī)模和外延片材料的消耗，降低在制作大規(guī)模陣列時(shí)半導(dǎo)體工藝方面的挑戰(zhàn)，同時(shí)也增強(qiáng)了陣列的可靠性。
文檔編號(hào)H01L43/14GK101510583SQ20091008006
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月18日
發(fā)明者張鐘華, 李正坤, 青 賀, 趙建亭, 源 鐘, 青 鐘, 冰 韓, 魯云峰 申請(qǐng)人:中國計(jì)量科學(xué)研究院