[發明專利]金剛石基背柵型氫終端場效應晶體管及其制備方法

有效

• 申請號: 201710331449.X
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN107104141B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 王宏興;王艷豐;王瑋;常曉慧;張景文;卜忍安;侯洵
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

1.金剛石基背柵型氫終端場效應晶體管，其特征在于，由金剛石襯底(1)、背柵極(2)、源極(3)、柵引出電極(4)、漏極(5)和單晶金剛石外延薄膜(6)組成；

金剛石襯底(1)上設有背柵極(2)，背柵極(2)上設有柵引出電極(4)；金剛石襯底(1)的上表面覆蓋一層單晶金剛石外延薄膜(6)，單晶金剛石外延薄膜(6)將背柵極(2)包裹于其中，柵引出電極(4)的上部伸出單晶金剛石外延薄膜(6)的頂部；單晶金剛石外延薄膜(6)上還設有源極(3)和漏極(5)；氫終端金剛石表面導電溝道暴露在外面，使得溝道部分能夠重復氫化。

2.根據權利要求1所述的金剛石基背柵型氫終端場效應晶體管，其特征在于，源極(3)和漏極(5)分別位于未露出單晶金剛石外延薄膜(6)的背柵極(2)的兩側，源極(3)和漏極(5)間距大于背電極(2)的寬度；源極(3)和漏極(5)的范圍小于或等于未露出的背柵極(2)范圍。

3.根據權利要求1所述的金剛石基背柵型氫終端場效應晶體管，其特征在于，源極(3)和漏極(5)設置于氫化的單晶金剛石外延薄膜(6)上，并與氫化的單晶金剛石外延薄膜(6)形成歐姆接觸。

4.根據權利要求1所述的金剛石基背柵型氫終端場效應晶體管，其特征在于，單晶金剛石外延薄膜(6)表面上源極(3)、漏極(5)及源極(3)和漏極(5)之間部分以外的區域經過電學隔離處理。

5.根據權利要求1所述的金剛石基背柵型氫終端場效應晶體管，其特征在于，背柵極(2)厚度為0.001-1μm；源極(3)和漏極(5)厚度為0.07-1μm；單晶金剛石外延薄膜(6)為本征金剛石材料；單晶金剛石外延薄膜(6)在背柵極上面部分的厚度高出背柵極(2)0.001-5μm，電阻率大于100MΩ·cm，均方根表面粗糙度小于0.5nm，拉曼半峰寬小于5cm^-1，X射線衍射半峰寬小于0.05°。

6.根據權利要求1所述的金剛石基背柵型氫終端場效應晶體管，其特征在于，金剛石襯底(1)為本征金剛石材料，均方根表面粗糙度小于0.5nm，拉曼半峰寬小于6cm^-1，X射線衍射半峰寬小于0.1°。

7.權利要求1至6中任一項所述的金剛石基背柵型氫終端場效應晶體管的制備方法，其特征在于，由以下步驟組成：

1)、對金剛石襯底(1)進行酸堿處理，并吹干；

2)、在金剛石襯底(1)表面形成背柵極(2)；

3)、在金剛石襯底(1)和背柵極(2)上外延得到單晶金剛石外延薄膜(6)；

4)、利用刻蝕技術對部分背柵極(2)正上面的單晶金剛石外延薄膜(6)進行刻蝕，直到露出該部分背柵極(2)；

5)、在露出的背柵極(2)部分形成引出柵引出電極(4)；

6)、對單晶金剛石外延薄膜(6)進行氫化處理，在其表面下得到二維空穴氣，并對氫化后的單晶金剛石外延薄膜(6)清洗；

7)、在單晶金剛石外延薄膜(6)表面形成源極(3)和漏極(5)；源極(3)和漏極(5)間距大于背電極(2)的寬度；源極(3)和漏極(5)分別位于未露出的背柵極(2)的兩側；源極(3)和漏極(5)的范圍小于或等于未露出的背柵極(2)范圍；

8)、遮蓋單晶金剛石外延薄膜(6)表面上源極(3)、漏極(5)及源極(3)和漏極(5)之間部分，并對未遮蓋部分進行電學隔離，然后清洗，得到金剛石基背柵型場效應晶體管。

8.根據權利要求7所述的金剛石基背柵型氫終端場效應晶體管的制備方法，其特征在于，步驟6)中氫化處理是在單晶金剛石外延薄膜表面下得到二維空穴氣層；其載流子濃度為2×10¹¹-2×10¹⁵cm²，遷移率為20-200cm²/V·s，方塊電阻小于20KΩ/□。

9.根據權利要求7所述的金剛石基背柵型氫終端場效應晶體管的制備方法，其特征在于，步驟8)中的電學隔離是對單晶金剛石外延薄膜(6)裸露表面處理，并使其電阻率大于100MΩ·cm。