[發明專利]一種Si基氧化鎵薄膜背柵極日盲紫外光晶體管及其制備方法

有效

• 申請號: 201810166644.6
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN108470675B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 唐為華;崔尉;彭陽科;陳政委;郭道友;吳真平
• 申請（專利權）人: 唐為華
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L31/18;H01L31/032;H01L31/113
• 代理公司: 北京清誠知識產權代理有限公司 11691
• 代理人: 喬東峰

本發明公開了一種Si基氧化鎵薄膜背柵極日盲紫外光晶體管及其制備方法，屬于光電探測器及半導體晶體管技術領域。本發明提供的所述的晶體管按層次從下到上依次為：背柵極電極層、襯底層、光敏層和叉指電極層；襯底層使用p?Si/SiO₂,在p?Si/SiO₂襯底的SiO₂層上制備生長氧化鎵薄膜作為光敏層；在氧化鎵薄膜上濺射Au/Ti電極得到叉指電極；再在p?Si/SiO₂背面的Si層上濺射上金屬Au薄膜作為背柵極電極。本發明制備過程簡單，易于跟硅基器件集成；本發明的制備方法工藝可控性強，易操作，所得薄膜表面致密、厚度穩定均一、可大面積制備、重復性好且易于集成。所制備的器件結構可在柵壓的調控作用下獲得高的日盲紫外光電流增益。

技術領域

本發明屬于光電探測器及半導體晶體管技術領域，具體涉及一種Si基氧化鎵薄膜背柵極日盲紫外光晶體管及其制備方法。

背景技術

大氣中的臭氧層對波長在200nm到280nm之間的紫外光有強烈的吸收作用，到達地面的處在這個波段的紫外光輻射在海平面附近幾乎衰減至零，被稱作日盲區，故為工作于該波段的日盲光電探測器系統提供了一個良好的信號背景。隨著日盲紫外探測技術的發展，其在軍事與民用領域上的應用也越來越多，如日盲紫外通信、導彈預警跟蹤、火箭尾焰探測、天基紫外預警、紫外超光譜偵察、著艦引導、海上搜救等等。

目前市場上的紫外探測器都為真空紫外探測器件，相比之，基于寬禁帶半導體材料的固態紫外探測器件由于體重小、功耗低、量子效率高、便于集成等特點近年來已經成為科研人員的研究熱點。日盲紫外探測器核心材料的禁帶寬度往往要大于4.4eV，目前研究比較多的材料集中在AlGaN、ZnMgO和金剛石上。但AlGaN由于其薄膜需要極高溫生長并難以外延成膜，ZnMgO在單晶纖維鋅礦的結構下很難保持超過4.5eV的帶隙，而金剛石具有固定的5.5eV的帶隙，對應波長225nm，只占據日盲紫外波長的一小段。而氧化鎵的禁帶寬度約為4.9eV，對應波長253nm，且易于與Al₂O₃和In₂O₃形成連續固溶體實現其在日盲區的完全覆蓋，是一種非常適合于制備日盲紫外光電探測器的氧化物半導體候選材料。

紫外光的信號往往非常微弱，為了能精確探測到微弱紫外光信號，科研人員通過引入肖特基或異質結等方式來增大光增益。Ga₂O₃薄膜和其他半導體材料形成異質結的日盲探測器，利用了結效應(異質結、Schottky結等)能大幅地提高日盲光電探測器的性能(包括光響應度、量子效率、光響應速度等)，具有顯著的光電倍增效果，可探測微弱的光信號，然而異質結器件的一端電極連接在異質襯底上，探測功能區不是獨立于襯底的，這為器件的集成帶來了工藝上的困難，限制了其應用范圍。引入新的器件結構在提高光電倍增效果的同時探測功能區相對獨立而方便集成，成為了Ga₂O₃薄膜日盲紫外探測器發展的必要，如場效應晶體管結構。

國內外對Ga₂O₃薄膜場效應晶體管的研究還處于探索階段，僅有很少的報道，最具有代表性的課題組是日本通信研究機構的M.Higashiwaki研究小組。研究表明：外加電場的引入可以有效調節源極和漏極之間的載流子分布，控制載流子的輸運，獲得高的漏極電流增益。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于Si襯底的高光電流增益、可探測日盲區紫外光的氧化鎵薄膜背柵極日盲紫外光晶體管及其制備方法。