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金刚石基背栅型氢终端场效应晶体管及其制备方法

关键词 金刚石|2017-09-06 09:08:51|行业专利|来源 中国超硬材料网
摘要 申请号:201710331449.X申请人:西安交通大学发明人:王宏兴王艳丰王玮常晓慧张景文卜忍安侯洵&n
       申请号:201710331449.X
       申请人:西安交通大学
       发明人:王宏兴 王艳丰 王玮 常晓慧 张景文 卜忍安 侯洵

       摘要: 本发明公开了一种金刚石基背栅型氢终端场效应晶体管及其制备方法;该场效应晶体管,包含金刚石衬底、背栅极、源极、栅引出电极、漏极和单晶金刚石外延薄膜;金刚石衬底上设有背栅极,背栅极上设有栅引出电极;金刚石衬底的上表面覆盖一层单晶金刚石外延薄膜,单晶金刚石外延薄膜将背栅极包裹于其中,栅引出电极的上部伸出单晶金刚石外延薄膜的顶部;单晶金刚石外延薄膜上还设有源极和漏极。本发明采用背栅型设计,将导电部分全部裸露出来,这样即使在长期使用或是高温过冲条件下造成氢终端导电沟道退化甚至失效的情况下,可以将器件置于氢等离子体环境中,使得导电沟道表面区域得到重新氢化,恢复导电性能,实现场效应晶体管的重复使用。
       主权利要求:1.金刚石基背栅型氢终端场效应晶体管,其特征在于,包含金刚石衬底(1)、背栅极(2)、源极(3)、栅引出电极(4)、漏极(5)和单晶金刚石外延薄膜(6);金刚石衬底(1)上设有背栅极(2),背栅极(2)上设有栅引出电极(4);金刚石衬底(1)的上表面覆盖一层单晶金刚石外延薄膜(6),单晶金刚石外延薄膜(6)将背栅极(2)包裹于其中,栅引出电极(4)的上部伸出单晶金刚石外延薄膜(6)的顶部;单晶金刚石外延薄膜(6)上还设有源极(3)和漏极(5)。
       2.根据权利要求1所述的金刚石基背栅型氢终端场效应晶体管,其特征在于,源极(3)和漏极(5)分别位于未露出单晶金刚石外延薄膜(6)的背栅极(2)的两侧,源极(3)和漏极(5)间距大于背电极(2)的宽度;源极(3)和漏极(5)的范围小于或等于未露出的背栅极(2)范围。
       3.根据权利要求1所述的金刚石基背栅型氢终端场效应晶体管,其特征在于,源极(3)和漏极(5)设置于氢化的单晶金刚石外延薄膜(6)上,并与氢化的单晶金刚石外延薄膜(6)形成欧姆接触。
       4.根据权利要求1所述的金刚石基背栅型氢终端场效应晶体管,其特征在于,单晶金刚石外延薄膜(6)表面上源极(3)、漏极(5)及源极(3)和漏极(5)之间部分以外的区域经过电学隔离处理。
       5.根据权利要求1所述的金刚石基背栅型氢终端场效应晶体管,其特征在于,背栅极(2)厚度为0.001-1μm;源极(3)和漏极(5)厚度为0.07-1μm;单晶金刚石外延薄膜(6)为本征金刚石材料;单晶金刚石外延薄膜(6)在背栅极上面部分的厚度高出背栅极(2)0.001-5μm,电阻率大于100MΩ·cm,均方根表面粗糙度小于0.5nm,拉曼半峰宽小于5cm-1,X射线衍射半峰宽小于0.05°。
       6.根据权利要求1所述的金刚石基背栅型氢终端场效应晶体管,其特征在于,金刚石衬底(1)为本征金刚石材料,均方根表面粗糙度小于0.5nm,拉曼半峰宽小于6cm-1,X射线衍射半峰宽小于0.1°。
       7.金刚石基背栅型氢终端场效应晶体管的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
       1)、对金刚石衬底(1)进行酸碱处理,并吹干;
       2)、在金刚石衬底(1)表面形成背栅极(2);
       3)、在金刚石衬底(1)和背栅极(2)上外延得到单晶金刚石外延薄膜(6);
       4)、利用刻蚀技术对部分背栅极(2)正上面的单晶金刚石外延薄膜(6)进行刻蚀,直到露出该部分背栅极(2);
       5)、在露出的背栅极(2)部分形成引出栅引出电极(4);
       6)、对单晶金刚石外延薄膜(6)进行氢化处理,在其表面下得到二维空穴气,并对氢化后的单晶金刚石外延薄膜(6)清洗;
       7)、在单晶金刚石外延薄膜(6)表面形成源极(3)和漏极(5);源极(3)和漏极(5)间距大于背电极(2)的宽度;源极(3)和漏极(5)分别位于未露出的背栅极(2)的两侧;源极(3)和漏极(5)的范围小于或等于未露出的背栅极(2)范围;
       8)、遮盖单晶金刚石外延薄膜(6)表面上源极(3)、漏极(5)及源极(3)和漏极(5)之间部分,并对未遮盖部分进行电学隔离,然后清洗,得到金刚石基背栅型场效应晶体管。
       8.根据权利要求7所述的金刚石基背栅型氢终端场效应晶体管的制备方法,其特征在于,步骤6)中氢化处理是在单晶金刚石外延薄膜表面下得到二维空穴气层;其载流子浓度为2×1011-2×1015cm2,迁移率为20-200cm2/V·s,方块电阻小于20KΩ/□。
       9.根据权利要求7所述的金刚石基背栅型氢终端场效应晶体管的制备方法,其特征在于,步骤8)中的电学隔离是对单晶金刚石外延薄膜(6)裸露表面处理,并使其电阻率大于100MΩ·cm。
 

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