[发明专利]基于MoO3/Al2O3双层栅介质的金刚石场效应晶体管及制作方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子器件技术领域，具体地说是一种基于MoO₃/Al₂O₃双层栅介质的金刚石场效应晶体管，可用于微波功率器件或数字电路。

背景技术

金刚石作为第三代半导体材料，具有禁带宽度大，热导率高，击穿电场高以及载流子迁移率高等优异的物理特性，这使得金刚石器件在高压大功率和极端环境应用场合有着巨大的应用潜力。然而，目前金刚石p型和n型体掺杂技术仍不成熟，室温下杂质电离出的载流子很少，因而体掺杂电导过小，难以应用于电子器件。为了克服这一问题，人们提出在氢化处理后的金刚石表面，即氢终端表面制备电子器件。

氢终端表面吸附空气中的活性分子或原子基团，可以诱导出二维空穴气2DHG，空穴面密度可达10¹²cm^-2～10¹⁴cm^-2，方阻可达几到几十kΩ/sq大小，已广泛用于表面沟道场效应晶体管的制备。但是由于空气吸附物受热容易解吸附，这种由空气吸附物诱生的2DHG电导并不稳定，在80℃左右表面沟道导电就会发生退化。为了提高2DHG的稳定性，目前一些具有高功函数的过渡金属氧化物材料备受关注，如MoO₃，V₂O₅，WO₃等。在氢终端表面淀积这些介质可以提高2DHG浓度和稳定性。2014年Alon Vardi等人对氢终端表面进行了真空热退火处理，去除了空气吸附物及由其诱生的2DHG，随后淀积了一层MoO₃介质并在其上完成了MOSFET器件的制备。参见Alon Vardi,Moshe Tordjman,Jesús A.del Alamo,and Rafi Kalish.A Diamond:H/MoO3 MOSFET[J].Electron Device Letters IEEE,2014, 35(12):1320-1322。在他们的工作中，测试发现MoO₃介质下方的氢终端表面出现新的2DHG，证明了MoO₃具有表面转移掺杂的作用，提高了器件电导的稳定性。然而采用这种方法制备的金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET导通电阻大，输出电流和跨导低，击穿电压低。栅长为3.5μm的MOSFET跨导g_m仅为2.3mS/mm。

发明内容

本发明的目的在于针对上述氢终端金刚石场效应器件的不足，提出一种基于 MoO₃/Al₂O₃双层栅介质的金刚石场效应晶体管及制作方法，以在保证金刚石器件稳定性的同时降低导通电阻，增大输出电流和跨导，并提高器件的击穿电压。

为实现上述目的，本发明基于MoO₃/Al₂O₃双层栅介质的金刚石场效应晶体管，自下而上包括金刚石衬底、吸附层和栅介质层，栅介质层的上面是栅电极，栅介质层的两侧设有源漏电极，栅电极和源漏电极的表面覆盖有钝化层，钝化层与源、栅、漏电极的键合处分别设有通孔，其特征在于：

栅介质层采用MoO₃/Al₂O₃双层栅介质，

钝化层采用MoO₃材料。

作为优选，衬底采用单晶或者多晶金刚石。

作为优选，栅介质层中的MoO₃层厚度为5～40nm，Al₂O₃层厚度为5～50nm。

作为优选，栅电极采用厚度为80～180nm金属Al。

作为优选，源漏电极采用厚度为80～180nm的金属Au。

作为优选，钝化层采用厚度为30～100nm的过渡金属氧化物MoO₃。

为实现上述目的，本发明制备基于MoO₃/Al₂O₃双层栅介质的金刚石场效应晶体管的制造方法，包括如下步骤：

1)采用微波等离子体化学气相沉积MPCVD方法生长出的单晶或多晶金刚石作为器件的衬底；

2)在800～950℃温度下，将金刚石衬底置于氢等离子中5～30min，使金刚石表面形成氢终端，氢终端表面吸附空气中的活性物质或原子基团形成吸附层；