[发明专利]一种金刚石场效应晶体管及其制备方法

权利要求书

1.一种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)、源电极(3)、漏电极(4)、应力调控薄膜(6)和栅电极(7)；

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)上设置有氢终端区域和氧终端区域(8)，所述氢终端区域为由二维空穴气导电层构成的沟道区域(5)；

所述沟道区域(5)的两端分别设置有所述源电极(3)和所述漏电极(4)；

所述源电极(3)、所述漏电极(4)以及未设置源电极漏电极的沟道区域(5)上设置有所述应力调控薄膜(6)，所述应力调控薄膜(6)用于调控其下方单晶金刚石外延薄膜(2)和沟道区域(5)的应力，以提高所述二维空穴气导电层的载流子迁移率；

所述栅电极(7)设置于所述应力调控薄膜(6)和所述氧终端区域(8)上。

2.根据权利要求1所述的一种金刚石场效应晶体管，其特征在于，所述应力调控薄膜(6)的材料为SiN_x、SiO₂、Al₂O₃、HfO₂、ZrO₂、类金刚石碳或功函数大于等于5eV的材料。

3.根据权利要求1所述的一种金刚石场效应晶体管，其特征在于，所述应力调控薄膜(6)的厚度为1nm～5000nm。

4.根据权利要求1所述的一种金刚石场效应晶体管，其特征在于，所述应力调控薄膜(6)内压应力大小为1MPa～10GPa。

5.根据权利要求1所述的一种金刚石场效应晶体管，其特征在于，所述应力调控薄膜(6)下方的单晶金刚石外延薄膜(2)内的压应力大小为10MPa～5GPa。

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

7.根据权利要求1所述的一种金刚石场效应晶体管，其特征在于，所述源电极(3)、所述漏电极(4)的材质均为Au、Pd、Ir、Pt或Ti；所述栅电极(7)的材质为Al、Zr、Hf或Mo。

8.一种权利要求1所述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：

在清洗后的金刚石衬底(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)；

对所述单晶金刚石外延薄膜(2)的进行氢化处理，获得二维空穴气导电层；

在所述二维空穴气导电层上加工形成源电极、漏电极图形，对应沉积源电极金属、漏电极金属，利用剥离技术获得源电极(3)和漏电极(4)欧姆接触；

将光刻胶覆盖在源电极(3)、漏电极(4)及二者之间的沟道区域(5)上，利用光刻技术进行氧终端处理，形成氧终端区域(8)以实现器件的电器隔离；

将应力调控薄膜(6)沉积在源电极(3)、漏电极(4)及二者之间的沟道区域(5)上；调控所述应力调控薄膜(6)内压应力大小至符合预设要求；

在应力调控薄膜(6)和氧终端区域(8)上加工形成栅电极(7)图形，沉积栅电极金属后，利用剥离技术获得栅电极(7)。

9.根据权利要求8所述的一种金刚石场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述将应力调控薄膜(6)沉积在源电极(3)、漏电极(4)及二者之间的沟道区域(5)上的步骤中，

沉积的方式采用电子束蒸发、溅射、原子层沉积、等离子体增强化学气相沉积或低压气相化学沉积。

10.根据权利要求8所述的一种金刚石场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述调控所述应力调控薄膜(6)内压应力大小至符合预设要求的步骤中，

调控的方式采用离子注入、热退火、多层淀积或紫外线辅助热处理工艺。