[发明专利]一种基于锡氧化物的pn结及其制备方法

说明书

本发明属于电子信息材料与元器件领域，具体涉及一种基于锡氧化物的pn结及其制备方法。本发明有源层一半制备在高介电常数介质层上，另一半制备在传统介质层上，利用亚稳态的有源层SnO材料极易被氧化为SnOsubgt;2/subgt;的特点，实现一次有源层制备及退火，同时得到p、n两种导电类型。与现有技术相比，本发明的pn结不需要多次制备两种不同导电类型的材料并分别进行退火处理，因此具有界面质量好、材料特性可控性高、工艺简单等优点。

技术领域

本发明属于电子信息材料与元器件领域，具体涉及一种基于锡氧化物的pn结及其制备方法。

背景技术

近年来，透明氧化物半导体因其制备温度低、可见光区透明度好、场效应迁移率高而引起研究人员的广泛关注，并被认为是应用于薄膜晶体管或其他复杂电子电路的最有前途的候选器件之一。目前为止，透明氧化物半导体的使用大多局限于单极器件(基于n型半导体)。而高性能p型氧化物半导体相对缺乏，就一定程度上限制了透明氧化物半导体的应用，尤其使得一些同时由n和p型半导体构建的具有更复杂结构与更强功能的器件和电路难以实现，比如互补金属氧化物半导体(CMOS)电路以及pn二极管。

为了解决该问题，科研人员研发了几种可能实现高性能p型器件的材料，如Cu₂O、Ag₂O和SnO，并与其他n型透明氧化物半导体一起构建上述先进器件及电路。其中，SnO是最具吸引力的一种，它具有较高的空穴迁移率。而且，与其他透明氧化物半导体相比，锡氧化物能够同时呈现n和p两种导电类型，其中SnO呈现p型导电，SnO₂呈现n型导电。因此，可以单纯采用锡氧化物制作出双极型器件，如pn结。

目前已报道基于锡氧化物制备pn结的方法为：先沉积一层n型SnO₂材料，待沉积完成后进行第一次退火而使得SnO₂结晶；然后沉积p型SnO材料，待沉积完成后进行第二次退火而使得SnO结晶。该方法通过沉积条件的变化来调控锡氧化物的n或p型，且均需结合“沉积后退火”工艺而实现结晶以及更好的材料质量。其中，在沉积完SnO₂后将样品取出生长腔室而置于退火炉的过程中，样品会接触到外部环境，在SnO₂表面引入吸附物、杂质等污染，降低后续制备pn结的界面质量，影响器件性能；其次，第二次退火(即SnO退火)会对SnO₂材料进行二次高温处理，会进一步影响材料的结构和电学特性，并使SnO₂的材料特性不可控；最后，有源层-锡氧化物的材料特性对其制备条件高度敏感，通过制备条件的变化，即两次锡氧化物的沉积，增加了工艺的复杂性与控制难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于锡氧化物的pn结及其制备方法，以解决上述现有技术中存在的PN结界面质量低且制作工艺复杂的问题。

为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种基于锡氧化物的pn结，包括衬底层；

所述衬底层上设有介质层，介质层包括主预留区域和高介电区域两个区域，其中介质层的高介电区域设有高介电常数层，高介电常数的材料为介电常数大于5的含氧材料；

所述高介电常数层包含靠近主预留区域一侧的第一有源区域和第一预留区域；所述主预留区域包含靠近高介电常数层一侧的第二有源区域和第二预留区域；所述第一有源区域和第二有源区域用于制备SnO材料制作的有源层，通过有源层实现第一有源区域和第二有源区域的连接；

所述第一预留区域与制备第一有源区域的有源层之间设有第一电极；

所述第二预留区域与制备第二有源区域的有源层之间设有第二电极。

进一步的，所述介质层的材料为SiO₂、Si₃N₄或BN。