[發明專利]基于二維氧化鎵薄膜的晶體管及制備方法

有效

• 申請號: 202010882684.8
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN111987169B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 常晶晶;林珍華;袁海東;蘇杰;張進成;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L21/336;H01L29/49
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;黎漢華

1.一種基于二維氧化鎵薄膜的晶體管制備方法，其中基于二維氧化鎵薄膜的晶體管自下而上依次包括為基片襯底(1)、溝道層(2)和金屬源漏電極(3，4)，基片襯底(1)選用Si/SiO₂襯底，其下面重摻雜P型Si作為底柵電極；溝道層(2)采用二維β-Ga₂O₃薄膜，以降低溝道層厚度，提升半導體/金屬電極界面傳輸性能，提高器件性能；其特征在于，包括如下步驟：

1)選用Si/SiO₂襯底，并對其進行清洗和吹干的預處理；

2)制備溝道層的二維β-Ga₂O₃薄膜；

2a)采用流量為15～20sccm的氬氣對管式爐的石英管和剛玉舟進行清洗；

2b)選取不同表面積的二維層狀材料，并將其置于剛玉舟，再用機械泵對石英管抽真空，使氣壓降至10^-5～10^-4Torr；

2c)向石英管中通入保護氣體，并以10℃/min速率階梯式升溫加熱至800～900℃，保持該溫度20min后，停止通入保護氣體；

2d)向石英管中再通入流量為80～100sccm的高純氧氣，在二維層狀材料表面進行氧化反應60～120min，生成二維材料β-Ga₂O₃薄膜，得到二維材料/二維β-Ga₂O₃異質結構；

2e)切斷加熱電源，關閉氧氣通入，再通入氮氣排凈氧氣，并在氮氣氛圍下將石英管自然冷卻至室溫，取出剛玉舟上的二維材料/二維β-Ga₂O₃異質結構；

2f)使用轉印聚合物將二維層狀材料表面的二維β-Ga₂O₃薄膜轉移到預處理后的基片襯底上表面，形成基片襯底/二維β-Ga₂O₃薄膜異質結構；

3)在基片襯底/二維β-Ga₂O₃薄膜結構上的兩側制備金屬源電極和漏電極。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，1)中對Si/SiO₂襯底進行預處理，是先將Si/SiO₂基片襯底依次放入到洗滌劑、去離子水、丙酮、乙醇溶液中，分別超聲清洗20min；再用N₂吹干，得到清洗好的Si/SiO₂基片襯底。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，2b)中二維材料采用GaSe或者GaS中的任意一種，其表面積為1～10cm²。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，2c)中通入的保護氣體，采用氮氣，氣體流量為40～60sccm。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，2f)中轉印二維β-Ga₂O₃薄膜的轉印聚合物，采用聚二甲基硅氧烷PDMS或者聚甲基丙烯酸甲酯PMMA中的任意一種。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，3)中制備金屬源電極和漏電極的方法采用掩膜版蒸鍍或光刻中的任意一種；

所述掩膜版蒸鍍，是將基片襯底/二維β-Ga₂O₃薄膜結構通過掩膜版放入真空腔室內，并對真空腔室抽真空使氣壓降至10^-5Pa以下，然后以的速率蒸鍍電極金屬；

所述光刻，是將基片襯底/二維β-Ga₂O₃薄膜結構清洗并吹干后，在其表面旋涂一層光刻膠并進行烘干；再利用掩膜版和紫外光輻射刻蝕電極圖案并將其浸泡在顯影液中以洗去曝光的光刻膠，并用去離子水清洗去除顯影液并進行烘干；最后通過電子束蒸發在器件表面沉積電極金屬，最后再用丙酮溶液去除剩余光刻膠。