[发明专利]基于WO3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WO₃栅介质的金刚石场效应 晶体管，可用于微波电路或高温数字电路。

背景技术

金刚石是一种宽禁带半导体材料，带隙宽度为5.5eV，具有高导热率，高击穿电场以 及高载流子迁移率等优异的物理特性。这些性质决定了金刚石器件可以在高温、高压、 高辐照环境下工作，在高压、大功率和极端环境工作中下有着巨大的应用潜力。

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。为了克服不成熟的金刚石掺杂技术在金刚石 基电子器件应用上产生的限制，人们提出了在氢化处理后的金刚石表面即氢终端上制备 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。2014年Alon Vardi等人采用具有高功函数的MoO₃材料作为栅 介质，他们在淀积MoO₃介质之前对氢终端表面进行了真空热退火处理，去除了由于吸附 空气中的活性分子或原子基团而诱导出的2DHG，证明了MoO₃具有转移掺杂的作用，保 证了器件的稳定性。参见Alon Vardi,Moshe Tordjman,Jesús A.del Alamo,and Rafi Kalish. A Diamond:H/MoO3MOSFET[J].Electron Device Letters IEEE,2014,35(12):1320-1322。但 是他们用这种方法制备的栅长为3.5μm的MOSFET跨导gm仅为2.3mS/mm，无法满足 需求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述金刚石氢终端场效应晶体管的不足，提出一种基于WO₃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增大跨 导，减小导通电阻，增大输出电流。

为实现上述目的，本发明基于WO₃栅介质的金刚石场效应晶体管，自下而上包括金 刚石衬底、氢终端表面和栅介质层，栅介质层的上面是栅电极，栅介质层的两侧分别设 有源电极和漏电极，栅电极、源电极和漏电极的表面覆盖有钝化层，钝化层与栅电极、 源电极和漏电极的键合处分别设有通孔，其特征在于：

栅介质采用厚度为10～40nm的WO₃材料；

钝化层(7)采用30～100nm的WO₃材料。

作为优选，所述金刚石衬底(1)采用单晶或多晶金刚石。

作为优选，所述栅电极(4)采用厚度为80～180nm的金属Al。

作为优选，所述晶体管，其中源电极(5)、漏电极(6)采用厚度为80～180nm的 金属Au。

为实现上述目的本发明制备基于WO₃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)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；

2)在氢终端表面上热蒸发淀积一层80～180nm厚的金膜，以与氢终端表面形成欧姆 接触，同时保护氢终端表面；

3)制作器件的隔离区：

在金膜上旋涂光刻胶，利用光刻机进行曝光，做出隔离区图案，再通过湿法腐蚀工 艺，用KI/I₂溶液将隔离区中的金膜腐蚀掉，暴露出氢终端表面；

把腐蚀后的样品置于氧等离子体中，使暴露出的氢终端表面转化为高阻的氧终端表 面，形成器件的隔离区，再去除残余的光刻胶；

4)旋涂光刻胶，在保留的金膜上方通过光刻工艺做出栅窗口图形；

5)以KI/I₂溶液作为腐蚀溶液，用湿法腐蚀的方法腐蚀掉栅窗口下方的Au，将两侧 剩余的Au作为器件的源极和漏极。

6)在栅窗口处淀积一层10～40nm厚的WO₃作为器件的栅介质层；

7)利用热蒸发技术先在栅介质层上淀积一层80～180nm厚的铝膜，再经过剥离工艺， 获得栅介质和Al形成的复合栅电极结构；