[实用新型]ZnO基透明场效应晶体管

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种ZnO基透明场效应晶体管。

背景技术

宽禁带化合物半导体ZnO由于具有一系列优良的性能，近年来重新成为人们研究的热点。ZnO的禁带宽度为3.37eV，是一种对可见光透明的材料，可用于制造对可见光透明的相关器件。

场效应晶体管包括衬底、沟道、源极、漏极、栅绝缘层、栅极和接触电极，通过改变垂直于导电沟道的电场强度来控制沟道的导电能力，从而调制通过沟道的电流，应用非常广泛。传统的Si场效应晶体管(Si-MOSFET)和近来得到广泛应用的GaAs场效应晶体管采用Si或者GaAs作为沟道层，由于其材料本身的限制具有不透明性，容易受可见光的影响。可见光入射会在场效应晶体管的源极和漏极之间产生光电子漏电流而导致的场效应晶体管的关态电流上升，从而限制了该场效应管工作的领域。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种对可见光范围透明的ZnO基透明场效应晶体管。

本实用新型的ZnO基透明场效应晶体管，包括衬底、沟道、源极、漏极、栅绝缘层、栅极和接触电极，其特征是沟道层为p-ZnO薄膜，源极和漏极是掺杂浓度为10¹⁹～10²¹cm^-3的n-ZnO薄膜。

上述的衬底可以为透明绝缘的玻璃或者蓝宝石。

本实用新型中，所说的p-ZnO薄膜中的p型掺杂剂为N、P、As、Li和Sb中的一种或几种，或者为A1、Ga和N共掺。

本实用新型中，所说的n-ZnO薄膜中的n型掺杂剂为A1、Ga和In中的一种或几种。

本实用新型中，所说的栅绝缘层为SiO₂或Si₃N₄。接触电极可选用Al、In或Ti/Al合金。

本实用新型的ZnO基场效应晶体管的制备方法与现有场效应晶体管的制备方法相同。依次包括如下步骤：

1)在衬底上首先沉积p-ZnO薄膜；

2)在p-ZnO薄膜上等离子沉积栅绝缘层；在栅绝缘层上涂光刻胶，曝光，显影，反应离子刻蚀掉栅绝缘层和一定厚度的p-ZnO，形成p-ZnO接触窗口；

3)在p-ZnO接触窗口均匀的涂一层光刻胶，用光刻版图刻出图形，再沉积一层掺杂浓度为10¹⁹～10²¹cm^-3的n-ZnO薄膜作为源区和漏区，接下来用剥离工艺进行第二次光刻，刻出n-ZnO的源、漏极窗口；

4)在源、漏极窗口之间沉积一层栅绝缘层，进行第三次光刻，刻出栅绝缘层窗口；

5)在源、漏极窗口上蒸发一层欧姆接触电极，进行第四次光刻，刻出源、漏极电极；

6)用光刻版图刻出栅极图形，再沉积一层多晶硅层作为栅极。

第一次光刻中采用的反应离子刻蚀气氛为CF₄，后面四次光刻均用剥离工艺。

本实用新型的有益效果在于：

1)采用透明的ZnO材料作场效应晶体管的沟道层和源、漏极，避免了Si薄膜晶体管中光电子漏电流对其工作状态的影响，增加了器件的灵敏度，并且能同时工作在光学和电学模式下。

2)ZnO薄膜的载流子迁移率(电子迁移率最大可达200cm²/V.s以上)比其他目前已经知道对可见光透明的半导体材料要大得多，故ZnO基透明场效应晶体管器件性能更好。

3)ZnO作为源、漏极和沟道层，其耐高温、抗辐射性强等优点使该场效应晶体管可以适用于高温，强辐射的环境。

附图说明

图1为ZnO基透明场效应晶体管的结构示意图。

具体实施方式

参照图1，本实用新型的ZnO基透明场效应晶体管包括衬底1、沟道2、源极4、漏极5、栅绝缘层3、栅极6和接触电极7，其中沟道层2为p-ZnO薄膜，源极4和漏极5是掺杂浓度为10¹⁹～10²¹cm^-3的n-ZnO薄膜。

衬底1可以是透明绝缘的玻璃或者蓝宝石。

所说的p-ZnO薄膜中的p型掺杂剂可以是N、P、As、Li和Sb中的一种或几种，或者为A1、Ga和N共掺。所说的n-ZnO薄膜中的n型掺杂剂为A1、Ga和In中的一种或几种。栅绝缘层3为SiO₂或Si₃N₄。接触电极7可选用A1、In或Ti/Al合金。