[發明專利]V2O5/Al2O3雙層柵介質的金剛石場效應晶體管及制作方法

在審

• 申請號: 201710923086.9
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107731910A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 張金風;陳萬嬌;任澤陽;張進成;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/51
• 分類號: H01L29/51;H01L29/78;H01L21/04
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心61205
• 代理人: 王品華,朱紅星

技術領域

本發明屬于微電子器件技術領域，具體地說是一種V₂O₅/Al₂O₃雙層柵介質的金剛石場效應晶體管，可用于微波功率器件或高溫數字電路。

背景技術

金剛石作為第三代半導體材料，具有禁帶寬度大，熱導率高，擊穿電場高以及載流子遷移率高等優異的物理特性，這使得金剛石器件在高壓大功率和極端環境應用場合有著巨大的應用潛力。此外，金剛石材料還具有與眾不同的表面特性。其表面在氫化處理后會形成氫終端，氫終端吸附空氣中的活性分子或原子基團，使金剛石表面出現空穴的積累。這些空穴被限定在非常接近表面的范圍內，形成二維空穴氣2DHG。通常這種2DHG面密度為 10¹²～10¹⁴cm^-2，遷移率為10～200cm²/V·s，使金剛石表面電阻達到2～20kΩ/sq。目前金剛石氫終端已廣泛用于表面溝道場效應晶體管的制備。

但是由于氫終端表面的空氣吸附物受熱容易解吸附，這種由空氣吸附物誘生的2DHG對空氣條件和溫度十分敏感，使得氫終端表面電導不穩定。為了提高2DHG的穩定性，目前一些具有高功函數的過渡金屬氧化物材料備受關注，如V₂O₅，MoO₃，WO₃等。在氫終端表面淀積這些介質可以提高2DHG濃度和穩定性。2016年Claudio Verona等人利用V₂O₅作絕緣介質，在氫終端表面制備了金屬-絕緣介質-半導體場效應晶體管，增大了器件工作的溫度范圍，提高了輸出電流與跨導。參見Claudio Verona,Walter Ciccognani,Sergio Colangeli,Ernesto Limiti,Marco Marinelli,Gianluca Verona-Rinati,Domenico Cannatà,Massimiliano Benetti,and Fabio Di Pietrantonio.V₂O₅ MISFETs on H-Terminated Diamond[J].Transactions on Electron Devices IEEE,2016,63(12):4647-4653.然而采用這種方法制備的金屬氧化物半導體場效應晶體管MOSFET輸出電流和擊穿電壓低。

發明內容

本發明的目的在于針對上述氫終端金剛石場效應器件的不足，提出一種基于V₂O₅/Al₂O₃雙層柵介質的金剛石場效應晶體管及制作方法，以在保證金剛石器件的穩定性的同時提高輸出電流，減小柵漏電，提高器件的擊穿電壓。

為實現上述目的，本發明基于V₂O₅/Al₂O₃雙層柵介質的金剛石場效應晶體管，自下而上包括金剛石襯底、吸附層和柵介質層，柵介質層的上面是柵電極，柵介質層的兩側設有源漏電極，柵電極和源漏電極的表面覆蓋有鈍化層，鈍化層與源、柵、漏電極的鍵合處分別設有通孔，其特征在于：

柵介質層采用V₂O₅/Al₂O₃雙層柵介質，

鈍化層采用V₂O₅材料。

作為優選，襯底采用單晶或者多晶金剛石。

作為優選，柵介質層中的V₂O₅層厚度為3～50nm，Al₂O₃層厚度為5～50nm。

作為優選，柵電極采用厚度為80～160nm金屬Al。

作為優選，源漏電極采用厚度為80～160nm的金屬Pd。

作為優選，鈍化層采用厚度為30～90nm的過渡金屬氧化物V₂O₅。

為實現上述目的，本發明制備基于V₂O₅/Al₂O₃雙層柵介質的金剛石場效應晶體管的制造方法，包括如下步驟：

1)采用微波等離子體化學氣相沉積MPCVD方法生長出的單晶或多晶金剛石作為器件的襯底；