CN109037344A - 一种双层栅介质的金刚石场效应晶体管结构及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双层栅介质的金刚石场效应晶体管结构及制作方法，其结构，包括单晶金刚石，所述单晶金刚石的顶部外壁一侧设置有漏极，且单晶金刚石的顶部外壁另一侧设置有源极，其结构的制作方法，包括以下步骤，对单晶金刚石表面清洗吹干，在单晶金刚石上同质外延单晶金刚石薄膜，获得单晶金刚石外延薄膜。本发明中引入钝化层来保护表面沟道，其中SiN和ZrO2是半导体工艺中常用的两种钝化材料，能够有效抑制栅极下的漏电流，同时提高栅极对其下导电沟道的调制作用，上层高介电常数层增强栅极控制能力，降低栅介质的寄生电容对频率影响，增加器件稳定性，同时采用双层金属可提高栅极的击穿电压。
Description
技术领域
本发明涉及金刚石场效应晶体管技术领域，尤其涉及一种双层栅介质的金刚石场效应晶体管结构及制作方法。
背景技术
半导体单晶材料已历经四代的发展，第一代Si、Ge半导体将人类带入了信息时代，同时也带动了电子系统的智能化和信息化。第二代半导体为我们带来光电器件、功率电子器件、射频电子器件和空间抗辐照器件等，引发了无线通信、光通信等信息领域的革命，第三代宽禁带半导体已可部分满足新一代电子系统对半导体器件在高频、大功率输出、高温；短波长、抗辐照、抗恶劣环境等方面的要求，经检索，中国专利授权号为CN201610867849.8的专利，公开了一种薄膜晶体管装置制备方法和薄膜晶体管装置，包括源层、栅极绝缘层和栅极，所述至少两个薄膜晶体管半成品包括至少一个起驱动作用的薄膜晶体管半成品和至少一个起开关作用的薄膜晶体管半成品。现有的晶体管材料的器件稳定性和栅电极击穿电压较低。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种双层栅介质的金刚石场效应晶体管结构及制作方法。
本发明提出的一种双层栅介质的金刚石场效应晶体管结构，包括单晶金刚石，所述单晶金刚石的顶部外壁一侧设置有漏极，且单晶金刚石的顶部外壁另一侧设置有源极，所述单晶金刚石的顶部外壁和漏极、源极的底部外壁之间设置有二维空穴气导电层，所述漏极和源极相对一侧内壁之间形成有导电沟道，且导电沟道的底部内壁设置有栅介质，所述栅介质包括第一栅介质和第二栅介质，且第二栅介质位于第一栅介质的正上方，所述栅介质的顶部外壁中轴线处设置有栅极。
优选地，所述栅极、漏极和源极均由双层金属制成，且双层金属包括金属Ti和金属Au，金属Au位于金属Ti的正上方。
优选地，所述第一栅介质由ZrO2制成，且第二栅介质由SiN制成。
优选地，所述二维空穴气导电层包括空穴导电基体和掺杂材料，且掺杂材料由铜、钯、铂、钴、或者镍原子作为中心原子的二次平面过渡金属络合物制成。
优选地，所述二次平面过渡金属络合物包括中心原子和配位体，且配位体由乙酰丙酮、三氟乙酰丙酮、六氟乙酰丙酮、七氟二甲基辛二酮酸和四甲基庚二酮酸制成。
一种双层栅介质的金刚石场效应晶体管结构的制备方法，包括以下步骤：
S1：对单晶金刚石表面清洗吹干，在单晶金刚石上同质外延单晶金刚石薄膜，获得单晶金刚石外延薄膜，单晶金刚石外延薄膜的表面进行氢化处理，获得表面的导电沟道；
S2：对氢化处理后的单晶金刚石外延薄膜清洗，然后利用光刻技术在其表面制作源极和漏极的架构，沉积金属，并利用剥离技术获得源极、漏极的电极欧姆接触，形成二维空穴气导电层；
S3：利用溅射或者化学气相沉积在单晶金刚石外延膜的表面沉积ZrO，并利用光刻技术获得形成第一栅介质的架构，第一栅介质覆盖源极与漏极之间的导电沟道，以及部分的源极与漏极；
S4：利用光刻技术在第一栅介质上形成第二栅介质的架构，溅射沉积介电常数大于的介质层SiN，并利用剥离技术得到第二栅介质；
S5：利用光刻技术在第二栅介质上形成栅极的构架，使用溅射沉积栅金属，并利用剥离技术获得栅极，得到双层栅介质的金刚石场效应晶体管。
本发明的有益效果为：引入钝化层来保护表面沟道，SiN和ZrO2是半导体工艺中常用的两种钝化材料，由于ZrO2的沉积有氧原子参与，会破坏金刚石表面氢终端，所以SiN成为首选材料；并且SiN作为一种电介质材料，能够有效抑制栅极下的漏电流，同时提高栅极对其下导电沟道的调制作用，由于SiN的介电常数较低，而栅介质厚度过大会影响栅极对沟道的控制能力，上层高介电常数层增强了栅极控制能力，降低栅介质的寄生电容对频率影响，增加器件稳定性，同时采用双层金属可提高栅极的击穿电压。
附图说明
图1为本发明提出的一种双层栅介质的金刚石场效应晶体管结构示意图；
图2为本发明提出的一种双层栅介质的金刚石场效应晶体管结构的制备方法流程图。
图中：1单晶金刚石、2第一栅介质、3二维空穴气导电层、4双层金属、5漏极、6第二栅介质、7栅极、8源极。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1，一种双层栅介质的金刚石场效应晶体管结构，包括单晶金刚石1，单晶金刚石1的顶部外壁一侧设置有漏极5，且单晶金刚石1的顶部外壁另一侧设置有源极8，单晶金刚石1的顶部外壁和漏极5、源极8的底部外壁之间设置有二维空穴气导电层3，漏极5和源极8相对一侧内壁之间形成有导电沟道，且导电沟道的底部内壁设置有栅介质，栅介质包括第一栅介质2和第二栅介质6，且第二栅介质6位于第一栅介质2的正上方，栅介质的顶部外壁中轴线处设置有栅极7。
栅极7、漏极5和源极8均由双层金属4制成，且双层金属4包括金属Ti和金属Au，金属Au位于金属Ti的正上方，第一栅介质2由ZrO2制成，且第二栅介质6由SiN制成，二维空穴气导电层3包括空穴导电基体和掺杂材料，且掺杂材料由铜、钯、铂、钴、或者镍原子作为中心原子的二次平面过渡金属络合物制成，二次平面过渡金属络合物包括中心原子和配位体，且配位体由乙酰丙酮、三氟乙酰丙酮、六氟乙酰丙酮、七氟二甲基辛二酮酸和四甲基庚二酮酸制成。
参照图2，一种双层栅介质的金刚石场效应晶体管结构的制备方法，包括以下步骤：
S1：对单晶金刚石1表面清洗吹干，在单晶金刚石1上同质外延单晶金刚石薄膜，获得单晶金刚石外延薄膜，单晶金刚石外延薄膜的表面进行氢化处理，获得表面的导电沟道；
S2：对氢化处理后的单晶金刚石外延薄膜清洗，然后利用光刻技术在其表面制作源极8和漏极5的架构，沉积金属，并利用剥离技术获得源极8、漏极5的电极欧姆接触，形成二维空穴气导电层3；
S3：利用溅射或者化学气相沉积在单晶金刚石外延膜的表面沉积ZrO2，并利用光刻技术获得形成第一栅介质2的架构，第一栅介质2覆盖源极8与漏极5之间的导电沟道，以及部分的源极8与漏极5；
S4：利用光刻技术在第一栅介质2上形成第二栅介质6的架构，溅射沉积介电常数大于7的介质层SiN，并利用剥离技术得到第二栅介质6；
S5：利用光刻技术在第二栅介质6上形成栅极7的构架，使用溅射沉积栅金属，并利用剥离技术获得栅极7，得到双层栅介质的金刚石场效应晶体管。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种双层栅介质的金刚石场效应晶体管结构，包括单晶金刚石(1)，其特征在于，所述单晶金刚石(1)的顶部外壁一侧设置有漏极(5)，且单晶金刚石(1)的顶部外壁另一侧设置有源极(8)，所述单晶金刚石(1)的顶部外壁和漏极(5)、源极(8)的底部外壁之间设置有二维空穴气导电层(3)，所述漏极(5)和源极(8)相对一侧内壁之间形成有导电沟道，且导电沟道的底部内壁设置有栅介质，所述栅介质包括第一栅介质(2)和第二栅介质(6)，且第二栅介质(6)位于第一栅介质(2)的正上方，所述栅介质的顶部外壁中轴线处设置有栅极(7)。
2.根据权利要求1所述的一种双层栅介质的金刚石场效应晶体管结构的制备方法，其特征在于，所述栅极(7)、漏极(5)和源极(8)均由双层金属(4)制成，且双层金属(4)包括金属Ti和金属Au，金属Au位于金属Ti的正上方。
3.根据权利要求1所述的一种双层栅介质的金刚石场效应晶体管结构的制备方法，其特征在于，所述第一栅介质(2)由ZrO2制成，且第二栅介质(6)由SiN制成。
4.根据权利要求1所述的一种双层栅介质的金刚石场效应晶体管结构的制备方法，其特征在于，所述二维空穴气导电层(3)包括空穴导电基体和掺杂材料，且掺杂材料由铜、钯、铂、钴、或者镍原子作为中心原子的二次平面过渡金属络合物制成。
5.根据权利要求4所述的一种双层栅介质的金刚石场效应晶体管结构的制备方法，其特征在于，所述二次平面过渡金属络合物包括中心原子和配位体，且配位体由乙酰丙酮、三氟乙酰丙酮、六氟乙酰丙酮、七氟二甲基辛二酮酸和四甲基庚二酮酸制成。
6.一种双层栅介质的金刚石场效应晶体管结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对单晶金刚石(1)表面清洗吹干，在单晶金刚石(1)上同质外延单晶金刚石薄膜，获得单晶金刚石外延薄膜，单晶金刚石外延薄膜的表面进行氢化处理，获得表面的导电沟道；
S2：对氢化处理后的单晶金刚石外延薄膜清洗，然后利用光刻技术在其表面制作源极(8)和漏极(5)的架构，沉积金属，并利用剥离技术获得源极(8)、漏极(5)的电极欧姆接触，形成二维空穴气导电层(3)；
S3：利用溅射或者化学气相沉积在单晶金刚石外延膜的表面沉积ZrO2，并利用光刻技术获得形成第一栅介质(2)的架构，第一栅介质(2)覆盖源极(8)与漏极(5)之间的导电沟道，以及部分的源极(8)与漏极(5)；
S4：利用光刻技术在第一栅介质(2)上形成第二栅介质(6)的架构，溅射沉积介电常数大于7的介质层SiN，并利用剥离技术得到第二栅介质(6)；
S5：利用光刻技术在第二栅介质(6)上形成栅极(7)的构架，使用溅射沉积栅金属，并利用剥离技术获得栅极(7)，得到双层栅介质的金刚石场效应晶体管。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181218 |