[发明专利]载流子迁移率增强的金刚石场效应晶体管及其制备方法

权利要求书

1.一种载流子迁移率增强的金刚石场效应晶体管，其特征在于，包括：金刚石衬底(1)、单晶金刚石外延薄膜(2)、栅介质层(6)、源电极(7)、漏电极(8)以及栅电极(9)；

所述金刚石衬底(1)上设置有所述单晶金刚石外延薄膜(2)；

所述单晶金刚石外延薄膜(2)设置有第一重掺杂金刚石薄膜区域和第二重掺杂金刚石薄膜区域；在第一重掺杂金刚石薄膜区域、第二重掺杂金刚石薄膜区域以及二者之间的单晶金刚石外延薄膜(2)表面设置有氢终端区域，在其余单晶金刚石外延薄膜(2)表面设置有氧终端区域；其中，所述氢终端区域为由二维空穴气导电层构成的沟道区域(4)；

所述源电极(7)和所述漏电极(8)均设置于所述沟道区域(4)上；

所述源电极(7)、所述漏电极(8)以及二者之间的沟道区域(4)上设置有所述栅介质层(6)；

所述栅电极(9)设置在所述栅介质层(6)和所述氧终端区域上。

2.根据权利要求1所述的一种载流子迁移率增强的金刚石场效应晶体管，其特征在于，所述第一重掺杂金刚石薄膜和所述第二重掺杂金刚石薄膜的掺杂浓度为10¹⁹cm^-2～10²¹cm^-2，电阻率小于100mΩ·cm，宽度为10μm～500μm，深度为10nm～5μm，内部产生拉应力。

3.根据权利要求1所述的一种载流子迁移率增强的金刚石场效应晶体管，其特征在于，所述第一重掺杂金刚石薄膜和所述第二重掺杂金刚石薄膜中的掺杂元素包括硼、铝、磷和氮中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种载流子迁移率增强的金刚石场效应晶体管，其特征在于，所述沟道区域(4)的沟道长度为20nm～100μm，沟道内载流子浓度为5×10¹²cm^-2～5×10¹⁴cm^-2，迁移率为20cm²/V·s～2500cm²/V·s。

5.根据权利要求1所述的一种载流子迁移率增强的金刚石场效应晶体管，其特征在于，所述栅介质层(6)的材质为绝缘材料。

6.一种权利要求1所述的载流子迁移率增强的金刚石场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将金刚石衬底(1)进行清洗并吹干，获得清洗后的金刚石衬底(1)；

步骤2，在步骤1获得的金刚石衬底(1)上同质外延单晶金刚石薄膜，获得单晶金刚石外延薄膜(2)；

步骤3，在步骤2获得的单晶金刚石外延薄膜(2)的预设区域形成重掺杂金刚石薄膜(3)，获得第一重掺杂金刚石薄膜区域和第二重掺杂金刚石薄膜区域；

步骤4，对单晶金刚石外延薄膜(2)表面进行氢化处理，获得氢终端区域；将第一重掺杂金刚石薄膜区域、第二重掺杂金刚石薄膜区域以及二者之间的单晶金刚石外延薄膜(2)表面上的氢终端区域作为沟道区域(4)；

步骤5，利用光刻技术在第一重掺杂金刚石薄膜区域、第二重掺杂金刚石薄膜区域上方的沟道区域(4)上分别形成源电极、漏电极图形，沉积源电极、漏电极金属，并利用剥离技术获得源电极(7)和漏电极(8)欧姆接触；

步骤6，在源电极(7)、漏电极(8)以及二者之间的沟道区域(4)上沉积形成栅介质层(6)；

步骤7，利用步骤6沉积获得的栅介质层(6)做掩膜，进行氧终端处理，形成氧终端区域；

步骤8，利用光刻技术在所述栅介质层(6)和所述氧终端区域上形成栅电极图形，沉积栅电极金属，获得栅电极(9)。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述在步骤2获得的单晶金刚石外延薄膜(2)的预设区域形成重掺杂金刚石薄膜(3)的步骤具体包括：

在步骤2获得的单晶金刚石外延薄膜(2)的预设区域，通过刻蚀及选区外延生长、扩散或离子注入工艺形成重掺杂金刚石薄膜(3)。