Одноэлектронные структуры на основе одиночных примесных атомов мышьяка, фосфора, золота и калия в кремнии

В статье представлены КМОП совместимые методы изготовления и результаты экспериментального исследования одноатомных одноэлектронных транзисторов из кремния на изоляторе на основе различных примесных атомов. Изготовлены и изучены транзисторы с каналами, легированными атомами мышьяка (As), фосфора (P), золота (Au) и калия (K). Представлены два метода изготовления экспериментальных структур транзисторов. Первый метод (As, P транзисторы) использовал неоднородно легированный по глубине слой кремния и контролируемое уменьшение размера транзисторного канала в последовательных циклах изотропного реактивно-ионного травления. Второй метод (Au и K транзисторы) использовал нелегированный слой кремния и последующую имплантацию атомов в предварительно сформированный транзисторный канал. Примесные электронные и дырочные уровни атомов Au и K в кремнии расположены вблизи середины запрещенной зоны кремния, что обеспечивает малый эффективный размер примесного зарядового центра и, как результат, высокое значение зарядовой энергии и рабочей температуры транзистора по сравнению с традиционными легирующими примесями (P, As, Sb, B). Оцененные из измерений значения зарядовой энергии Au и K транзисторов ($Ec \geq 150$\,мэВ) были значительно выше аналогичных величин As и P транзисторов ($Ec < 30$\,мэВ). Важные особенности предлагаемых методов: контролируемый процесс легирования различными примесями и возможность чередования циклов травления и имплантации при формировании экспериментальной структуры.