[發(fā)明專利]硅－立方氮化硼薄膜的類P－N結(jié)電子器件材料及其制作方法

無(wú)效

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• 申請(qǐng)日: 1998-07-24
• 公開（公告）號(hào): CN1063235C
• 公開（公告）日: 2001-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙永年;何志;鄒廣田
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C16/34
• 分類號(hào): C23C16/34
• 代理公司: 吉林大學(xué)專利事務(wù)所
• 代理人: 王恩遠(yuǎn),崔麗娟

本發(fā)明屬一種電子器件材料及制作方法。

半導(dǎo)體P-N結(jié)作為電子學(xué)元件的基礎(chǔ)單元被廣泛地應(yīng)用。傳統(tǒng)的P-N結(jié)是在電子導(dǎo)電的N型半導(dǎo)體和空穴導(dǎo)電的P型半導(dǎo)體的交界處，電子和空穴相互擴(kuò)散而形成的。N型和P型半導(dǎo)體材料是由本征半導(dǎo)體材料摻入不同雜質(zhì)，比如在Ⅳ族元素的材料中摻入少量的Ⅴ族或Ⅲ族元素，而形成的。目前使用的本征半導(dǎo)體材料主要是單晶硅、鎵、錮等等。這些半導(dǎo)體材料的禁帶寬度均小于4電子伏特。

本發(fā)明采用新的設(shè)計(jì)思想，用非單晶材料，不經(jīng)摻雜而制得P-N結(jié)，達(dá)到工藝過(guò)程簡(jiǎn)單易控，P-N結(jié)具有耐高溫抗輻射和大功率的目的。

本發(fā)明的P-N結(jié)由單晶硅作襯底層，其上沉積有納米晶立方氮化硼薄膜，在單晶硅和納米晶立方氮化硼薄膜間形成類P-N結(jié)。二者的外表面鍍有鋁電極。

目前制備出的類P-N結(jié)中，單晶硅可以是N型的，也可以是P型的，立方氮化硼薄膜厚度約為50～150mm，經(jīng)測(cè)定立方氮化硼均為5～10mm尺寸的納米晶，因此，該類P-N結(jié)主要是由單晶硅和納米晶立方氮化硼構(gòu)成的。

本發(fā)明的P-N結(jié)是利用程開甲院士的二極層理論制作的一種全新構(gòu)思的類似于傳統(tǒng)半導(dǎo)體P-N結(jié)的硅/立方氮化硼P-N結(jié)。二極層理論可以概述為：當(dāng)a、b兩種材料接觸時(shí)，如果a的化學(xué)勢(shì)大于b的化學(xué)勢(shì)，并且a的導(dǎo)帶能級(jí)高于b的空帶能級(jí)時(shí)，a的電子將向b轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移的電子在b中形成一個(gè)空間電荷區(qū)，此電荷區(qū)的厚度取決于a和b的化學(xué)勢(shì)的差。

本發(fā)明的單晶硅-納米晶立方氮化硼薄膜類P-N結(jié)與傳統(tǒng)的單晶半導(dǎo)體材料的P-N結(jié)比較，不再是同種或兩種單晶材料構(gòu)成，而是由單晶硅和納米晶立方氮化硼薄膜構(gòu)成，即構(gòu)成結(jié)的晶體形態(tài)不同。載流子不是由摻雜形成，而是由界面電子轉(zhuǎn)移形成，在硅和立方氮化硼接觸面的立方氮化硼一邊有一個(gè)大量電子聚集的空間電荷區(qū)，相當(dāng)于N型，而硅一邊相當(dāng)于P型。由于立方氮化硼是寬帶(大于6.4電子伏特)的半導(dǎo)體材料，本發(fā)明的類P-N結(jié)是寬帶P-N結(jié)，因而具有耐高溫抗輻射和大功率運(yùn)轉(zhuǎn)的優(yōu)異性能。本發(fā)明的類P-N結(jié)在導(dǎo)電特性、電壓-電流特性與傳統(tǒng)的P-N結(jié)一樣，但電容值比傳統(tǒng)的P-N結(jié)的電容大10⁶倍。

本發(fā)明的單晶硅-納米晶立方氮化硼薄膜類P-N結(jié)的制作方法，包括有如下工藝過(guò)程：沉積立方氮化硼薄膜和形成歐姆接觸電極。沉積立方氮化硼薄膜是以商用的N型或P型單晶硅為襯底，在沉積之前先進(jìn)行清潔處理置于真空室內(nèi)，以六角氮化硼為源，也置于真空室內(nèi)。真空室預(yù)抽真空至氣壓低于1×10^-2Pa后，充入氫氣至工作氣壓1.0～1.5Pa，對(duì)單晶硅襯底加熱并加負(fù)偏壓，對(duì)六角氮化硼施加600～900W射頻功率，經(jīng)0.8～1.5小時(shí)后停機(jī)。所說(shuō)的形成歐姆接觸電極，是采用熱蒸鍍方法在單晶硅和納米晶立方氮化硼薄膜類P-N結(jié)的表面鍍鋁，再在真空中加熱進(jìn)行滲鋁。

實(shí)施例：

將N型單晶硅片進(jìn)行清潔處理，包括表面拋光，氫氟酸、超聲波處理，蒸餾水洗凈烘干。真空室內(nèi)放入六角氮化硼和單晶硅襯底后，預(yù)抽真空到5×10^-aPa，充入氫氣至工作氣壓1.3Pa，襯底加溫至500℃并施加負(fù)偏壓200V。對(duì)距襯底5cm處的六角氮化硼施加800W射頻功率，經(jīng)1小時(shí)，沉積立方氮化硼薄膜完成。

沉積立方氮化硼薄膜后，單晶硅片與立方氮化硼薄膜之間已形成類P-N結(jié)，為了聯(lián)結(jié)電極引線，形成歐姆接觸，進(jìn)行鍍鋁滲鋁工藝過(guò)程。將帶有立方氮化硼薄膜的單晶硅片置于常規(guī)鍍膜機(jī)中，用熱蒸鍍方法在單晶硅和立方氮化硼薄膜外表面鍍厚度為1μm的鋁膜。再將形成鋁-硅-立方氮化硼-鋁各層的P-N結(jié)在真空度為10^-2Pa的真空中，加熱到450℃經(jīng)4小時(shí)后取出。這樣又完成了滲鋁過(guò)程，即將鋁滲入單晶硅和立方氮化硼薄膜的表面，形成歐姆接觸。至此，單晶硅-納米晶立方氮化硼薄膜的類P-N結(jié)全部完成。

本發(fā)明的構(gòu)思新穎科學(xué)、制備工藝簡(jiǎn)便，將傳統(tǒng)P-N結(jié)的適用范圍拓寬，具有耐高溫，大功率和抗輻射的特性。