[发明专利]V2O5/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V₂O₅/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高温数字电路。

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。此外，金刚石材料还具有与众不同的表面特性。其表面在氢化处理后会形成氢终端，氢终端吸附空气中的活性分子或原子基团，使金刚石表面出现空穴的积累。这些空穴被限定在非常接近表面的范围内，形成二维空穴气2DHG。通常这种2DHG面密度为 10¹²～10¹⁴cm^-2，迁移率为10～200cm²/V·s，使金刚石表面电阻达到2～20kΩ/sq。目前金刚石氢终端已广泛用于表面沟道场效应晶体管的制备。

但是由于氢终端表面的空气吸附物受热容易解吸附，这种由空气吸附物诱生的2DHG对空气条件和温度十分敏感，使得氢终端表面电导不稳定。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V₂O₅，MoO₃，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。2016年Claudio Verona等人利用V₂O₅作绝缘介质，在氢终端表面制备了金属-绝缘介质-半导体场效应晶体管，增大了器件工作的温度范围，提高了输出电流与跨导。参见Claudio Verona,Walter Ciccognani,Sergio Colangeli,Ernesto Limiti,Marco Marinelli,Gianluca Verona-Rinati,Domenico Cannatà,Massimiliano Benetti,and Fabio Di Pietrantonio.V₂O₅ MISFETs on H-Terminated Diamond[J].Transactions on Electron Devices IEEE,2016,63(12):4647-4653.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输出电流和击穿电压低。

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V₂O₅/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的稳定性的同时提高输出电流，减小栅漏电，提高器件的击穿电压。

为实现上述目的，本发明基于V₂O₅/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V₂O₅/Al₂O₃双层栅介质，

钝化层采用V₂O₅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V₂O₅层厚度为3～50nm，Al₂O₃层厚度为5～50nm。

作为优选，栅电极采用厚度为80～160nm金属Al。

作为优选，源漏电极采用厚度为80～160nm的金属Pd。

作为优选，钝化层采用厚度为30～90nm的过渡金属氧化物V₂O₅。

为实现上述目的，本发明制备基于V₂O₅/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；