[發明專利]一種基于金剛石襯底的MOSFET器件的結構及其制備方法

在審

• 申請號: 202011592523.1
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112701162A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 陳軍飛;王東;吳勇;陳興;黃永;操焰;崔傲;袁珂;谷露云;汪瓊;陸俊;季亞軍;孫凱;張進成
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學蕪湖研究院
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336;H01L29/06;H01L29/423;H01L29/16
• 代理公司: 蕪湖思誠知識產權代理有限公司 34138
• 代理人: 房文亮

1.一種基于金剛石襯底的MOSFET器件的結構，其特征在于，包括金剛石襯底(101)、設于金剛石襯底(101)上下兩端的氫終端層(102)、分別設于金剛石襯底(101)兩側的源電極(103)和漏電極(104)、在氫終端層(102)的表面設置的柵介質層(105)以及設置在柵介質層(105)表面的柵電極(106)。

2.根據權利要求1所述的一種基于金剛石襯底的MOSFET器件的結構，其特征在于：所述金剛石襯底(101)由金剛石在MPCVD設備中經過同質外延形成，生長過程中使用H₂和CH₄的混合氣體，其中CH₄的占比為3％～7％。

3.根據權利要求1所述的一種基于金剛石襯底的MOSFET器件的結構，其特征在于：所述氫終端層(102)是采用MPCVD技術，將金剛石襯底(101)放置在MPCVD腔體內，用氫等離子體處理10min形成；

處理時的溫度700-900℃，形成表面吸附層，產生由能帶彎曲而形成空穴堆積。

4.根據權利要求1所述的一種基于金剛石襯底的MOSFET器件的結構，其特征在于：所述源電極(103)和漏電極(104)是在金剛石襯底(101)的兩側淀積100nm的Au，與金剛石襯底(101)表面形成歐姆接觸。

5.根據權利要求1所述的一種基于金剛石襯底的MOSFET器件的結構，其特征在于：所述柵電極(106)為常規的肖特基接觸或者金屬-介質層-半導體結構。

6.根據權利要求1所述的一種基于金剛石襯底的MOSFET器件的結構，其特征在于：所述柵介質層(105)為Al₂O₃薄膜材料。

7.根據權利要求1-6中任一項所述的基于金剛石襯底的MOSFET器件的結構，其特征在于：所述金剛石襯底(101)采用單晶金剛石。

8.一種根據權利要求1所述的基于金剛石襯底的MOSFET器件的結構的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：采用MPCVD生長的無顏色的單晶金剛石作為襯底，在700-900℃溫度下，將金剛石襯底(101)上下表面分別暴露在氫等離子中5-15min以形成氫終端層(102)，氫氣流速為450-550sccm；

S2：在具有氫終端層(102)的金剛石襯底(101)兩側，利用電子束蒸發淀積一層50-150nm厚的Au，與金剛石襯底(101)表面形成歐姆接觸作為源電極(103)、漏電極(104)；

S3：在上一個步驟獲得的樣品上下表面分別淀積4nm厚的Al，然后在70-90℃下退火25-35min形成3-10nm厚的Al₂O₃作為柵介質層(105)；

S4：最后在柵介質層(105)的表面淀積90-110nm的Al，剝離形成柵電極(106)，完成器件的制備。