[發(fā)明專利]低功耗氮化鎵基負(fù)電容場效應(yīng)晶體管及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810240376.8
• 申請日: 2018-03-22
• 公開（公告）號: CN108400165A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 廖蕾;黎怡;蘇萌
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/51;H01L21/335
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

本發(fā)明公開了低功耗氮化鎵基負(fù)電容場效應(yīng)晶體管及制備方法，所述的低功耗氮化鎵基負(fù)電容場效應(yīng)晶體管，包括GaN基底；位于所述GaN基底上兩端的源電極和漏電極；位于所述GaN基底上表面源極和漏極之間的高K介質(zhì)層；位于高K介質(zhì)層上的鐵電聚合物層；位于鐵電聚合物層上的頂柵電極。本發(fā)明利用鐵電聚合物材料在極化過程中產(chǎn)生的負(fù)電容效應(yīng)，以及鐵電聚合物材料、高K介質(zhì)材料和AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)三者之間的電容匹配，進而獲得了一個穩(wěn)定的低功耗氮化鎵基負(fù)電容場效應(yīng)晶體管，并顯著降低器件的亞閾值斜率，大幅提高器件的開關(guān)速度，從而顯著降低器件功耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種場效應(yīng)晶體管，尤其涉及一種低功耗氮化鎵基負(fù)電容場效應(yīng)晶體管及制備方法。

背景技術(shù)

第三代半導(dǎo)體材料具有帶隙寬度大、耐壓能力高的優(yōu)點，引起了研究學(xué)者的濃厚興趣，可廣泛應(yīng)用于高溫、高頻、大功率電子器件。作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體的代表，III-V族化合物半導(dǎo)體材料氮化鎵(GaN)具有許多優(yōu)良的物理化學(xué)性能。在常溫下其禁帶寬度為3.4eV，原子間結(jié)合力強、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，臨界擊穿電場大、飽和電子遷移率高和耐溫性能良好，作為高頻高功率器件廣泛應(yīng)用于航天航空、雷達(dá)通信、汽車電子等軍用和民用領(lǐng)域。

在GaN基電子器件中，高電子遷移率晶體管(HEMT)是應(yīng)用于高頻大功率場合最主要的器件，是目前高性能半導(dǎo)體電子器件的研究熱點。這種晶體管工作原理是依靠AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)特有的壓電效應(yīng)與自發(fā)極化兩種效應(yīng)所產(chǎn)生的內(nèi)建極化電場，在AlGaN/GaN界面靠近GaN側(cè)感生出的高濃度二維電子氣(2DEG)，進而形成導(dǎo)電溝道。

隨著GaN基納米電子器件尺寸的不斷縮小以及集成電子器件的發(fā)展，器件功耗成為限制器件發(fā)展應(yīng)用的重要影響因素。在器件功耗中，影響最大的因素是器件的亞閾值斜率(SS)，它決定器件的開關(guān)速度。因此，迫切需要研究一種獨特的器件結(jié)構(gòu)來降低GaN基器件的SS，提高器件的開關(guān)速度，從而降低器件的功耗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種新型結(jié)構(gòu)的低功耗氮化鎵基負(fù)電容場效應(yīng)晶體管及制備方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的低功耗氮化鎵基負(fù)電容場效應(yīng)晶體管，包括：

GaN基底；

位于所述GaN基底上兩端的源電極和漏電極；

位于所述GaN基底上表面源極和漏極之間的高K介質(zhì)層；

位于高K介質(zhì)層上的鐵電聚合物層；

位于鐵電聚合物層上的頂柵電極。

作為一種具體實施方式，上述GaN基底依次包括襯底、AlN成核層、GaN緩沖層、AlN插入層、AlGaN勢壘層。

作為優(yōu)選，上述源電極和上述漏電極均為多層金屬堆疊的層電極，所述多層金屬堆疊的層電極從下至上依次包括Ti金屬層、Al金屬層、Ni金屬層、Au金屬層。

作為優(yōu)選，上述高K介質(zhì)層為HfO₂介質(zhì)層、ZrO₂介質(zhì)層或Al₂O₃介質(zhì)層。

作為優(yōu)選，上述鐵電聚合物層為P(VDF-TrFE)鐵電聚合物層(聚偏氟乙烯基鐵電聚合物層)。

作為優(yōu)選，上述頂柵電極為多層金屬堆疊的層電極。所述多層金屬堆疊的層電極包括Cr金屬層、以及形成于Cr金屬層上的Au金屬層。

本發(fā)明提供的低功耗氮化鎵基負(fù)電容場效應(yīng)晶體管的制備方法，包括：

在GaN基底上表面的兩端分別形成源電極和漏電極；

在形成了源電極和漏電極的GaN基底上表面制作與頂柵電極圖形對應(yīng)的光刻膠圖形；