半导体器件、物理噪声源器件及其制备方法与流程

本申请涉及半导体，具体地，涉及一种半导体器件、物理噪声源器件及其制备方法。

背景技术：

1、随机数发生器是现代信息系统中最重要、最基础的安全元素之一，几乎所有的密码学应用都依赖高质量的随机数发生器。随机数发生器可以分为物理随机数发生器和伪随机数发生器。目前，常见的物理随机数发生器产品多基于热噪声放大原理。这种物理随机数产生机理，虽然系统可以由全固态电子器件实现，能够实现小型化和低功耗，但由于受到器件物理噪声带宽的限制，产生的随机数速率多在mbit/s量级或以下，速度只能满足低端需要。

2、近年来，一些研究机构展开了基于混沌激光或者发光二极管产生随机数的研究，并实现了gbit/s以上码率的随机数输出。但是，这些系统均是光电混合系统，需要较复杂的光学系统和光电转换，占地面积大，环境适应性弱。

3、因此，目前亟需一种高带宽且安全性高的噪声源器件。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本申请实施例中提供了一种半导体器件、物理噪声源器件及其制备方法。

2、本申请实施例的第一个方面，提供了一种半导体器件，至少包括：

3、沿垂直方向相对设置的第一电极和第二电极；

4、混沌振荡功能层，设置于所述第一电极和所述第二电极之间，所述混沌振荡层至少包括多个相互交错堆叠的单元周期结构和量子隧穿层，且均通过所述单元周期结构分别与所述第一电极和所述第二电极电连接；所述混沌振荡功能层用于在所述第一电极和所述第二电极施加的直流偏置电压下产生自发混沌振荡。

5、在本申请一个可选实施例中，所述混沌振荡功能层由砷化镓或砷化镓基体材料制成。

6、在本申请一个可选实施例中，所述单元周期结构至少包括由下及上堆叠的第一单元层、第二单元层、第三单元层和第四单元层；其中，所述第一单元层由砷化镓铝材料制成，所述第二单元层和所述第四单元层由砷化镓材料制成；所述第三单元层由具有离子掺杂的砷化镓材料制成。

7、在本申请一个可选实施例中，所述第三单元层中的离子掺杂浓度不小于2*1016个/cm3。

8、在本申请一个可选实施例中，所述第一单元层的厚度为20～60埃米；和/或，所述第二单元层的厚度为20～40埃米；和/或，所述第三单元层的厚度为15～45埃米；和/或，所述第四单元层的厚度为8～45埃米。

9、在本申请一个可选实施例中，所述量子隧穿层至少包括：由下及上堆叠的第五单元层、第六单元层、第七单元层和第八单元层；其中，所述第五单元层由砷化铝材料制成，所述第六单元层和所述第八单元层由砷化镓材料制成，所述第七单元层由具有离子掺杂的砷化镓材料制成。

10、在本申请一个可选实施例中，所述第七单元层中的离子掺杂浓度不小于2*1016个/cm3。

11、在本申请一个可选实施例中，所述第五单元层的厚度小于20埃米；和/或，所述第六单元层的厚度为20～40埃米；和/或，所述第七单元层的厚度为15～45埃米；和/或，所述第八单元层的厚度为8～45埃米。

12、在本申请一个可选实施例中，上述半导体器件，还包括：

13、连接层，设置于所述混沌振荡功能层与所述第一电极之间；其中，所述连接层由具有离子掺杂的砷化镓材料制成。

14、在本申请一个可选实施例中，所述连接层的厚度小于7000埃米。

15、在本申请一个可选实施例中，上述半导体器件，还包括：

16、缓冲层，设置于半绝缘衬底层表面，并与所述混沌振荡功能层电连接；

17、所述第二电极设置于所述缓冲层表面，且与所述混沌振荡功能层绝缘独立。

18、在本申请一个可选实施例中，所述缓冲层包括：

19、第一缓冲层，设置于所述半绝缘衬底层表面，所述第一缓冲层由具有离子掺杂的砷化镓材料制成；

20、第二缓冲层，设置于所述第一缓冲层和所述混沌振荡功能层之间，且分别与所述第一缓冲层和所述混沌振荡功能层电连接；

21、所述第二电极设置于所述第一缓冲层表面，且与所述第一缓冲层绝缘独立。

22、本申请实施例的第二个方面，提供了一种物理噪声源器件，包括：

23、如权上任一项所述的半导体器件，所述半导体器件的负极接地；

24、偏置结构，所述偏置结构的输入端用于接收直流偏置电压；

25、所述直流偏置器的输出端分别连接所述半导体器件的正极和噪声信号接收器，所述半导体器件在所述直流偏置电压的驱动下产生高频随机噪声信号。

26、本申请实施例的第三个方面，提供了一种半导体器件的制备方法，包括：

27、在衬底层表面形成相互间隔的第二电极和混沌振荡层；

28、在所述混沌振荡层表面形成第一电极，形成包含所述第一电极、所述第二电极和所述混沌振荡层的半导体器件；其中，所述混沌振荡层至少包括多个相互交错堆叠的单元周期结构和量子隧穿层，且均通过所述单元周期结构分别与所述第一电极和所述第二电极电连接；所述混沌振荡功能层用于在所述第一电极和所述第二电极施加的直流偏置电压下产生自发混沌振荡。

29、本申请实施例的第四个方面，提供了一种物理噪声源器件的制备方法，包括：

30、在衬底层表面形成相互间隔的第二电极和混沌振荡层；

31、在所述混沌振荡层表面形成第一电极，形成包含所述第一电极、所述第二电极和所述混沌振荡层的半导体器件；

32、将所述半导体器件与所述偏置结构组装于基板，形成物理噪声源器件；其中，所述偏置结构的输入端用于接收直流偏置电压；所述第一电极与所述偏置结构的输出端电连接，所述第二电极接地；所述混沌振荡层至少包括多个相互交错堆叠的单元周期结构和量子隧穿层，且均通过所述单元周期结构分别与所述第一电极和所述第二电极电连接；所述混沌振荡功能层用于在所述直流偏置电压的驱动下产生高频随机噪声信号。

技术特征：

1.一种半导体器件，其特征在于，至少包括：

2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述混沌振荡功能层由砷化镓或砷化镓基体材料制成。

3.根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，所述单元周期结构至少包括由下及上堆叠的第一单元层、第二单元层、第三单元层和第四单元层；其中，所述第一单元层由砷化镓铝材料制成，所述第二单元层和所述第四单元层由砷化镓材料制成；所述第三单元层由具有离子掺杂的砷化镓材料制成。

4.根据权利要求3所述的半导体器件，其特征在于，所述第三单元层中的离子掺杂浓度不小于2*1016个/cm3。

5.根据权利要求3或4所述的半导体器件，其特征在于，所述第一单元层的厚度为20～60埃米；和/或，所述第二单元层的厚度为20～40埃米；和/或，所述第三单元层的厚度为15～45埃米；和/或，所述第四单元层的厚度为8～45埃米。

6.根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，所述量子隧穿层至少包括：由下及上堆叠的第五单元层、第六单元层、第七单元层和第八单元层；其中，所述第五单元层由砷化铝材料制成，所述第六单元层和所述第八单元层由砷化镓材料制成，所述第七单元层由具有离子掺杂的砷化镓材料制成。

7.根据权利要求6所述的半导体器件，其特征在于，所述第七单元层中的离子掺杂浓度不小于2*1016个/cm3。

8.根据权利要求6或7所述的半导体器件，其特征在于，所述第五单元层的厚度小于20埃米；和/或，所述第六单元层的厚度为20～40埃米；和/或，所述第七单元层的厚度为15～45埃米；和/或，所述第八单元层的厚度为8～45埃米。

9.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求9所述的半导体器件，其特征在于，所述连接层的厚度小于7000埃米。

11.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，还包括：

12.根据权利要求11所述的半导体器件，其特征在于，所述缓冲层包括：

13.一种物理噪声源器件，其特征在于，包括：

14.一种半导体器件的制备方法，其特征在于，包括：

15.一种物理噪声源器件的制备方法，其特征在于，包括：

技术总结本申请实施例提供了一种半导体器件、物理噪声源器件及其制备方法，涉及半导体技术领域。该半导体器件，至少包括：沿垂直方向相对设置的第一电极和第二电极；混沌振荡功能层，设置于所述第一电极和所述第二电极之间，所述混沌振荡层至少包括多个相互交错堆叠的单元周期结构和量子隧穿层，且均通过所述单元周期结构分别与所述第一电极和所述第二电极电连接；所述混沌振荡功能层用于在所述第一电极和所述第二电极施加的直流偏置电压下产生自发混沌振荡。通过这种半导体器件可以实现高带宽且安全性高的噪声源器件。技术研发人员：刘伟受保护的技术使用者：苏州矗联电子技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/5