[發(fā)明專利]一種基于錫氧化物的pn結(jié)及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110339589.8
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113097231B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 錢凌軒;楊成棟;譚欣月
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L27/12
• 分類號: H01L27/12;H01L21/77
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 閆樹平

本發(fā)明屬于電子信息材料與元器件領(lǐng)域，具體涉及一種基于錫氧化物的pn結(jié)及其制備方法。本發(fā)明有源層一半制備在高介電常數(shù)介質(zhì)層上，另一半制備在傳統(tǒng)介質(zhì)層上，利用亞穩(wěn)態(tài)的有源層SnO材料極易被氧化為SnOsubgt;2/subgt;的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)一次有源層制備及退火，同時(shí)得到p、n兩種導(dǎo)電類型。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的pn結(jié)不需要多次制備兩種不同導(dǎo)電類型的材料并分別進(jìn)行退火處理，因此具有界面質(zhì)量好、材料特性可控性高、工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子信息材料與元器件領(lǐng)域，具體涉及一種基于錫氧化物的pn結(jié)及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來，透明氧化物半導(dǎo)體因其制備溫度低、可見光區(qū)透明度好、場效應(yīng)遷移率高而引起研究人員的廣泛關(guān)注，并被認(rèn)為是應(yīng)用于薄膜晶體管或其他復(fù)雜電子電路的最有前途的候選器件之一。目前為止，透明氧化物半導(dǎo)體的使用大多局限于單極器件(基于n型半導(dǎo)體)。而高性能p型氧化物半導(dǎo)體相對缺乏，就一定程度上限制了透明氧化物半導(dǎo)體的應(yīng)用，尤其使得一些同時(shí)由n和p型半導(dǎo)體構(gòu)建的具有更復(fù)雜結(jié)構(gòu)與更強(qiáng)功能的器件和電路難以實(shí)現(xiàn)，比如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)電路以及pn二極管。

為了解決該問題，科研人員研發(fā)了幾種可能實(shí)現(xiàn)高性能p型器件的材料，如Cu₂O、Ag₂O和SnO，并與其他n型透明氧化物半導(dǎo)體一起構(gòu)建上述先進(jìn)器件及電路。其中，SnO是最具吸引力的一種，它具有較高的空穴遷移率。而且，與其他透明氧化物半導(dǎo)體相比，錫氧化物能夠同時(shí)呈現(xiàn)n和p兩種導(dǎo)電類型，其中SnO呈現(xiàn)p型導(dǎo)電，SnO₂呈現(xiàn)n型導(dǎo)電。因此，可以單純采用錫氧化物制作出雙極型器件，如pn結(jié)。

目前已報(bào)道基于錫氧化物制備pn結(jié)的方法為：先沉積一層n型SnO₂材料，待沉積完成后進(jìn)行第一次退火而使得SnO₂結(jié)晶；然后沉積p型SnO材料，待沉積完成后進(jìn)行第二次退火而使得SnO結(jié)晶。該方法通過沉積條件的變化來調(diào)控錫氧化物的n或p型，且均需結(jié)合“沉積后退火”工藝而實(shí)現(xiàn)結(jié)晶以及更好的材料質(zhì)量。其中，在沉積完SnO₂后將樣品取出生長腔室而置于退火爐的過程中，樣品會接觸到外部環(huán)境，在SnO₂表面引入吸附物、雜質(zhì)等污染，降低后續(xù)制備pn結(jié)的界面質(zhì)量，影響器件性能；其次，第二次退火(即SnO退火)會對SnO₂材料進(jìn)行二次高溫處理，會進(jìn)一步影響材料的結(jié)構(gòu)和電學(xué)特性，并使SnO₂的材料特性不可控；最后，有源層-錫氧化物的材料特性對其制備條件高度敏感，通過制備條件的變化，即兩次錫氧化物的沉積，增加了工藝的復(fù)雜性與控制難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于錫氧化物的pn結(jié)及其制備方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的PN結(jié)界面質(zhì)量低且制作工藝復(fù)雜的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案：

一種基于錫氧化物的pn結(jié)，包括襯底層；

所述襯底層上設(shè)有介質(zhì)層，介質(zhì)層包括主預(yù)留區(qū)域和高介電區(qū)域兩個(gè)區(qū)域，其中介質(zhì)層的高介電區(qū)域設(shè)有高介電常數(shù)層，高介電常數(shù)的材料為介電常數(shù)大于5的含氧材料；

所述高介電常數(shù)層包含靠近主預(yù)留區(qū)域一側(cè)的第一有源區(qū)域和第一預(yù)留區(qū)域；所述主預(yù)留區(qū)域包含靠近高介電常數(shù)層一側(cè)的第二有源區(qū)域和第二預(yù)留區(qū)域；所述第一有源區(qū)域和第二有源區(qū)域用于制備SnO材料制作的有源層，通過有源層實(shí)現(xiàn)第一有源區(qū)域和第二有源區(qū)域的連接；

所述第一預(yù)留區(qū)域與制備第一有源區(qū)域的有源層之間設(shè)有第一電極；

所述第二預(yù)留區(qū)域與制備第二有源區(qū)域的有源層之間設(shè)有第二電極。

進(jìn)一步的，所述介質(zhì)層的材料為SiO₂、Si₃N₄或BN。