[發明專利]一種微腔等離子體晶體管及其制備方法

有效

• 申請號: 201811125596.2
• 申請日: 2018-09-26
• 公開（公告）號: CN109346518B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 王耀功;周琛捷;張小寧;周璇;王文江
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L29/772
• 分類號: H01L29/772;H01L21/336
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種微腔等離子體晶體管及其制備方法，微腔等離子體晶體管包括襯底、底電極、源電極、漏電極、微腔腔體、絕緣層、介質板和頂電極，導電媒介為微腔等離子體，通過微腔氣體放電的方式產生，以微腔等離子體為媒介進行電流傳導，實現驅動開關功能。微腔等離子體晶體管的制備方法，采用物理沉積的方式在襯底背面制備底電極，通過刻蝕的方式在襯底上獲得微腔腔體，采用物理沉積的方式制備源電極、漏電極和柵極，最后通過封裝的方法，形成帶有微腔結構的等離子體晶體管器件。本發明所述的微腔等離子體晶體管器件相較于傳統的晶體管器件，可有效提高晶體管器件在高溫、高輻射、強電磁干擾下工作穩定性和可靠性。

技術領域

本發明屬于晶體管器件技術領域，涉及一種微腔等離子體晶體管及其制備方法。

背景技術

晶體管器件作為驅動電路中的控制元件，在現代電子技術領域中具有舉足輕重的地位。但是隨著各種探測器在太空中的應用越發頻繁，傳統的固態晶體管器件在高溫、高輻射、強電磁干擾環境中會產生熱激發/輻射激發電流而造成工作效率降低，甚至工作狀態紊亂。真空電子器件具有抗輻射、耐高溫、電子遷移率高的特點，但它在功率及壽命等方面的問題制約著該類器件在晶體管應用中的發展。微機電系統(MEMS)及納機電系統(NEMS)可以在惡劣環境中保持較高的穩定性，但是它們的工作頻率及功率遠遠無法滿足目前高速晶體管的要求。

因此，研究開發適用于高溫、高輻射環境，驅動功率高，兼容半導體集成工藝的新型開關器件，是軍事和重要民用領域的迫切需要，特別是在涉及國家經濟安全、國防安全等戰略性產業領域，顯得尤為關鍵。

發明內容

本發明的目的在于提供一種微腔等離子體晶體管器件結構設計及其制備方法，該器件可解決傳統的晶體管器件在高溫、高輻射、強電磁干擾環境中會產生熱激發/輻射激發電流而造成工作效率降低，甚至工作狀態紊亂的問題。

本發明是通過以下技術方案來實現：

本發明公開的一種微腔等離子體晶體管，包括：底電極、襯底、介質板和作為柵極的頂電極；底電極設在襯底的底面，介質板設在襯底的頂面，頂電極位于介質板的頂面；

在襯底中開設有微腔腔體，襯底的頂面和微腔腔體的內表面上均涂覆有絕緣層；

在微腔腔體內設有源電極和漏電極，源電極和漏電極相對而設，且在微腔腔體與介質板所形成的密封空間內填充有用于產生微腔等離子體的放電氣體；

源電極由外接直流電源V_S驅動，漏電極由外接直流電源V_D驅動，頂電極與底電極通過外接交流電源V_G連通，當V_G大于放電氣體的著火電壓時，微腔腔體內產生微腔等離子體，使源電極和漏電極導通。

優選地，放電氣體為空氣或稀有氣體，稀有氣體采用一種或多種，放電氣體的氣壓為1mTorr～760Torr。

優選地，襯底采用硅襯底或玻璃襯底；

絕緣層采用氧化硅層或氮化硅層，厚度為100nm～5μm；

介質板采用玻璃，厚度為100～500μm。

優選地，頂電極、底電極、源電極和漏電極均采用導電材料制成；所述導電材料為金、銀、銅或氧化銦錫，各電極的厚度為100nm～5μm。

優選地，微腔腔體的高度為10～1000μm，長度為10～1000μm，寬度為10～1000μm。

本發明還公開了制備上述的微腔等離子體晶體管的方法，包括以下步驟：

1)清洗襯底；

2)在襯底的底面通過物理沉積的方式制備金屬電極作為底電極；

3)在襯底上制作微腔腔體；