[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

说明书

本发明公开了一种载流子迁移率增强的金刚石场效应晶体管及其制备方法，所述金刚石场效应晶体管包括：金刚石衬底上设置有单晶金刚石外延薄膜；单晶金刚石外延薄膜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表面设置有氢终端区域，在其余外延薄膜表面设置有氧终端区域；源电极和漏电极均设置于沟道区域上；源电极、漏电极以及二者之间的沟道区域上设置有栅介质层，栅电极设置在栅介质层和氧终端区域上。本发明在单晶金刚石薄膜中形成重掺杂金刚石薄膜，可提高空穴的迁移率。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，特别涉及一种载流子迁移率增强的金刚石场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

金刚石在超宽禁带宽度(5.45eV)、载流子迁移率(电子：4500cm²/Vs，空穴：3800cm²/Vs)、热导率(22W/cmK)、抗击穿场强(10MV/cm)、介电常数、饱和载流子漂移速度(电子：2.7×10⁷cm/s，空穴：1.1×10⁷cm/s)、抗辐射、耐腐蚀等几个方面的性能全面超越其他半导体，也拥有最高的Johnson、Keyes及Baliga等品质因子，最大地覆盖了输出功率和工作频率的应用领域。由于金刚石具有十分优异的性能，必将在高温、高效、高频、大功率等半导体功率器件领域发挥重要作用，从而成为新一代半导体芯片材料，使超大规模和超高速集成电路的发展进入一个崭新的时代。

现有技术中，尽管氢终端金刚石的载流子迁移率已达680cm²·V^-1·s^-1，但仍然低于硅器件(电子迁移率约为1350cm²·V^-1·s^-1，空穴迁移率约为480cm²·V^-1·s^-1)和GaNHEMT(电子迁移率约为2000cm²·V^-1·s^-1)中的载流子迁移率，远远未达到金刚石材料的理论值(理论预测在解决界面电离杂质散射、粗糙度散射后，其迁移率可大于3000cm²·V^-1·s^-1)。

基于上述分析可知，目前亟需一种新的载流子迁移率增强的金刚石场效应晶体管及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种载流子迁移率增强的金刚石场效应晶体管及其制备方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明提供的技术方案中，在单晶金刚石薄膜中形成重掺杂金刚石薄膜，向沟道区域及其下方单晶金刚石薄膜提供压应力，可提高空穴的迁移率，能够有效提升器件的电流密度等电学特性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种流子迁移率增强的金刚石场效应晶体管，包括：金刚石衬底、单晶金刚石外延薄膜、栅介质层、源电极、漏电极以及栅电极；

所述金刚石衬底上设置有所述单晶金刚石外延薄膜；

所述单晶金刚石外延薄膜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表面设置有氢终端区域，在其余单晶金刚石外延薄膜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；

所述源电极和所述漏电极均设置于所述沟道区域上；

所述源电极、所述漏电极以及二者之间的沟道区域上设置有所述栅介质层；

所述栅电极设置在所述栅介质层和所述氧终端区域上。