基于 InAs 绝缘体和高介电常率栅介质的约瑟夫森场效应晶体管
超导电性
2025-05-13 v2 介观与纳米尺度物理
材料科学
量子物理
摘要
InAs 绝缘体（InAsOI）最近被证明为开发混合半导体-超导约瑟夫森势垒（JJs）和约瑟夫森场效应晶体管（JoFETs）的有前景的平台。InAsOI 由生长在低温电绝缘 InAlAs 异质缓冲层上的 InAs 单层组成，这允许相邻设备表面电脱落以及高临界电流密度的集成。硅微芯片的 miniaturization 已显著进展，这得益于高介电常率（high-k）栅绝缘体的集成，使得栅-通道耦合增强，随之导致栅极工作电压和漏电流显著降低。与硅基 FET 类似，集成 high-k 栅绝缘体与 JoFETs 也可获得类似的优势。本文我们研究了基于 InAsOI 的 JoFETs 集成不同 high-k 栅绝缘体（即 HfO2 和 Al2O3）的栅可调电气特性。我们发现，JoFETs 的未加栅和栅可调电气特性都严格取决于所选绝缘体。通过负栅电压，这些 JoFETs 可完全抑制开关电流，并使正常态电阻增加 10-20 倍。HfO2-JoFETs 表现出优于 Al2O3-JoFETs 的栅可调电气性能，这与绝缘体的高介电常率有关。InAsOI 基 JoFETs 的栅依赖电气特性在 50 mK 至 1 K 的温度范围内进行了评估。此外，在外加平面磁场的影响下，JoFETs 显示出非凡的 Fraunhofer 衍射图案，从而计算出边缘峰值超导电流密度分布。
引用
@article{arxiv.2412.16221,
title = {Josephson Field Effect Transistors with InAs on Insulator and High Permittivity Gate Dielectrics},
author = {Alessandro Paghi and Laura Borgongino and Sebastiano Battisti and Simone Tortorella and Giacomo Trupiano and Giorgio De Simoni and Elia Strambini and Lucia Sorba and Francesco Giazotto},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.16221},
year = {2025}
}
备注
20 pages, 4 figures, supporting information at the end of the paper. arXiv admin note: text overlap with arXiv:2410.11721, arXiv:2405.07630