[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

本發明公開了一種基于二維氧化鎵薄膜晶體管的制備方法，主要解決現有氧化鎵電子器件性能低下的問題。其實現方案是：1)對基片襯底進行清洗和吹干的預處理；2)選取不同表面積的二維層狀材料，通過氧化剝離的方式制備面積厚度可控的二維β?Ga₂O₃薄膜，并采用轉印聚合物將其轉移到基片襯底上表面作為溝道層；3)通過掩膜版蒸鍍或光刻的方法制備金屬源漏電極。本發明通過對β?Ga₂O₃薄膜厚度和面積進行精確控制，提升了半導體/金屬電極界面傳輸特性及其器件性能，可用于制造高性能大規模光電集成電路。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，更進一步涉及一種氧化鎵薄膜的晶體管，可用于制造大規模高性能光電集成電路。

背景技術

Ga₂O₃材料作為第三代寬禁帶半導體材料，其禁帶寬度在4.5～4.9eV之間，僅次于金剛石，具有接近8MV/cm的超高的擊穿場強，使得Ga₂O₃在高功率、低功耗器件方面有著廣泛的應用。在Ga₂O₃五種同分異構體中，以β-Ga₂O₃最為穩定也最為常見，β-Ga₂O₃在深紫外區高度透明，透過率達80％以上，具有制備透明導電薄膜的天然優勢，因此，β-Ga₂O₃材料在透明導電薄膜、日盲探測器以及薄膜晶體管這些領域都有著廣泛的應用前景，成為了當前半導體領域的研究熱點之一。但是，實現β-Ga₂O₃這些應用的前提是獲得高質量的β-Ga₂O₃薄膜，而實驗室制備出來的β-Ga₂O₃材料性能遠低于預期水平。根據前期的研究發現，降低半導體的維度不僅可以調控其能級的位置，而且還可以調控帶隙、降低有效質量，同時可調整半導體/電極金屬界面結構和性能。目前為止，在制備低維β-Ga₂O₃薄膜方面，實驗室主要是采用化學氣相沉積CVD和機械剝離法，但是這兩種方法都存在一定的缺陷，其中：

CVD方法生長β-Ga₂O₃雖然速率比較快，但由于很難精確控制生成β-Ga₂O₃薄膜厚度，因此無法在真正程度上做到低維甚至是原子級別厚度的二維β-Ga₂O₃薄膜，同時，由于CVD方法生成的β-Ga₂O₃多為多晶，故對器件性能有著很大的影響。

機械剝離法相比較于化學氣相沉積CVD，成本低而且操作簡單，是目前實驗室主要采用的方法。但是由于這種β-Ga₂O₃材料并不是嚴格的層狀二維結構，其在(100)方向的化學鍵相對于(010)和(001)方向較弱，更容易受到外界機械作用而斷裂。因此機械剝離法獲得的低維β-Ga₂O₃薄膜質量和厚度難以控制，且無法應用于大面積的β-Ga₂O₃薄膜制備。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術存在的不足，提出一種基于二維氧化鎵薄膜的晶體管及制備方法，以便于剝離，對β-Ga₂O₃薄膜厚度和面積進行精確控制，重構出半導體/金屬電極界面結構，獲得高性能β-Ga₂O₃薄膜晶體管電子器件。

本發明的技術方案是這樣實現的：

1.一種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、溝道層和金屬源漏電極，其特征在于：