[發明專利]一種基于量子碳膜的pn結二極管結構及制作方法

有效

• 申請號: 202010187405.6
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111524993B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 劉萍;劉丹
• 申請（專利權）人: 湖北云邦科技有限公司
• 主分類號: H01L31/103
• 分類號: H01L31/103;H01L31/0288;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 王震宇

一種基于量子碳膜的pn結二極管結構及制作方法，該pn結二極管結構包括：p型基板，所述p型基板是由多層石墨烯層上下層疊形成的量子碳膜基板；位于所述p型基板的上側的n型層，所述n型層是通過在所述p型基板中注入摻雜元素而形成，所述n型層與所述p型基板形成pn結；位于所述n型層上與所述n型層形成歐姆接觸的上電極；以及位于所述p型基板的下側與所述p型基板形成歐姆接觸的下電極。該pn結二極管結構可應用于高溫、高頻、高效的大功率器件，能夠提高器件性能。該制作方法工藝簡單，易于量產和普及。

技術領域

本發明涉及半導體器件領域，特別是涉及一種基于量子碳膜的pn結二極管結構及制作方法。

背景技術

pn結是半導體器件中的基礎器件結構，傳統技術中典型的pn結二極管基于硅半導體制作。而隨著科學技術的發展，己有的半導體材料己經不能滿足一些領域的需求，尤其是一些處于高溫高壓等極端環境下的軍事、航天等應用領域，因此，擁有優異性能的新型半導體材料的開發刻不容緩。

石墨烯基的半導體功能器件最近成為了研究的熱點，但是本征石墨烯的零帶隙特點限制了其在微電子領域的應用。通過摻雜形成的石墨烯pn結，結區的面積小，不能充分發揮pn結的優勢。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于量子碳膜的pn結二極管結構及制作方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于量子碳膜的pn結二極管結構，包括：p型基板，所述p型基板是由多層石墨烯層上下層疊形成的量子碳膜基板；位于所述p型基板的上側的n型層，所述n型層是通過在所述p型基板中注入摻雜元素而形成，所述n型層與所述p型基板形成pn結；位于所述n型層上與所述n型層形成歐姆接觸的上電極；以及位于所述p型基板的下側與所述p型基板形成歐姆接觸的下電極。

進一步地：

所述量子碳膜基板的厚度為6-100微米。

所述摻雜元素為氮元素、磷元素、砷元素或其組合。優選地，所述摻雜元素為氮元素，氮離子的注入劑量為1×10¹⁸cm^-3-3×10²⁰cm^-3，優選地，注入劑量為1.1×10²⁰cm^-3-1.5×10²⁰cm^-3。

所述上電極和所述pn結形成突出在所述量子碳膜基板表面上的臺面。

所述上電極為Au、Al、Cr、Ti、Mo或Pd單層電極，或MoW合金電極，或石墨烯、納米銀或透明氧化物電極，或Ti/Pt、Ti/Au雙層電極或Ti/Al/Ni/Au多層電極；優選的，為Ti/Au雙層電極，更優選地，包括1-10nmTi膜，更優選5nm的Ti膜，以及20-100nm的Au膜，更優選50nmAu膜。

一種所述的基于量子碳膜的pn結二極管結構的制作方法，包括如下步驟：

A1、通過離子注入方法在由量子碳膜構成的p型基板中注入摻雜元素，形成所述p型基板的上側的n型層；

A2、對離子注入區進行退火，以修復離子注入引起的晶格損傷，并激活摻雜元素；

A3、在所述n型層上制備上電極；

A4、在所述p型基板的下側制備下電極。

進一步地：