[发明专利]一种高频氮化镓/石墨烯异质结热电子晶体管的制备方法

权利要求书

1.一种高频氮化镓/石墨烯异质结热电子晶体管的制备方法，其特征在于：包括步骤如下：

(一)在GaN衬底上生长Ⅲ族氮化物三元合金材料形成异质结构作为发射区和第一势垒层，并在异质结上通过光刻技术生长电极；

(二)用离子刻蚀技术进行器件绝缘化；

(三)转移石墨烯至步骤(一)中异质结构表面作为基区，通过光刻技术形成基区电极；

(四)使用PEALD在步骤(三)中的石墨烯上生长GaN薄膜作为第二势垒层，并在GaN薄膜表面形成金属集电区，完成高频石墨烯/氮化镓结构的热电子晶体管制备；

所述步骤(二)中离子刻蚀为在BCl₃/Cl₂环境中低能离子刻蚀，刻蚀深度为140-160nm。

2.根据权利要求1所述的高频氮化镓/石墨烯异质结热电子晶体管的制备方法，其特征在于：所述步骤(一)中在GaN衬底上通过MOCVD沉积Ⅲ族氮化物三元合金材料薄膜层形成异质结构，沉积的薄膜层厚度为10～15nm；步骤(一)中异质结构以GaN和Ⅲ族氮化物三元合金材料的交界面作为发射区，以Ⅲ族氮化物三元合金材料作为第一势垒层。

3.根据权利要求1所述的高频氮化镓/石墨烯异质结热电子晶体管的制备方法，其特征在于：所述步骤(一)中发射区的发射电极为Ti/Al/Ni/Au,Ti/Al/Mo/Au,Ti/Al/Ti/Au金属叠层中的一种，采用lift-off工艺形成；

lift-off工艺的具体过程为：

(1)在生长的异质结表面旋涂光刻胶，定义出电极的位置和形状；

(2)利用显影技术将需要生长发射区电极位置的光刻胶去除；

(3)利用电子束蒸发方式在步骤(2)获得的图形表面逐层生长金属，随后放入丙酮中，去除光刻胶及光刻胶上金属，获得发射电极。

4.根据权利要求3所述的高频氮化镓/石墨烯异质结热电子晶体管的制备方法，其特征在于：所述步骤(一)中形成发射区的发射电极采用lift-off工艺形成后进行快速退火，退火在真空环境或惰性气体的保护中进行，退火温度为800～900℃，退火时间为0.5～2分钟。

5.根据权利要求1所述的高频氮化镓/石墨烯异质结热电子晶体管的制备方法，其特征在于：所述步骤(三)采用MOCVD生长转移的方法在异质结表面获得石墨烯，然后采用lift-off工艺在石墨烯表面形成基区电极，基区电极为Ti/Pd/Au金属叠层。

6.根据权利要求5所述的高频氮化镓/石墨烯异质结热电子晶体管的制备方法，其特征在于：所述步骤(三)采用MOCVD生长转移的方法在异质结表面获得石墨烯层数为1～4层。

7.根据权利要求1所述的高频氮化镓/石墨烯异质结热电子晶体管的制备方法，其特征在于：所述步骤(三)石墨烯表面生成基区电极后通过光刻和离子刻蚀进行石墨烯图案化，其中光刻时，先旋涂MMA光刻胶作为缓冲层，再涂上正性光刻胶，最后用离子刻蚀机和氧等离子体进一步去除多余石墨烯。

8.根据权利要求1所述的高频氮化镓/石墨烯异质结热电子晶体管的制备方法，其特征在于：所述步骤(四)中利用PEALD在石墨烯表面沉积GaN第二势垒层，以三乙基镓和Ar/N₂/H₂分别作为Ga源和N源，第二势垒层厚度为10～15nm，其中，Ar/N₂/H₂混合气体中三种气体体积Ar：N₂：H₂为1:3:6。

9.根据权利要求1所述的高频氮化镓/石墨烯异质结热电子晶体管的制备方法，其特征在于：所述步骤(四)中在GaN薄膜上通过lift-off工艺制备金属集电区，并在400℃下退火5分钟。