[发明专利]云母薄膜的制备方法及晶体管

说明书

本发明公开了一种云母薄膜的制备方法，其包括：将衬底放置于真空的脉冲激光沉积设备中；利用脉冲激光熔蚀云母靶材，使云母靶材的表面产生等离子体羽辉，所述等离子体羽辉沉积在所述衬底上生长形成均匀的云母薄膜。本发明还公开了一种晶体管，其包括利用该制备方法制备的云母薄膜。本发明的晶体管引入云母薄膜作为电介质层，由于云母的层状二维纳米结构具有超薄的厚度，有利于晶体管的栅极调制，并且有助于晶体管在纵向方向的高密度集成。此外，云母薄膜的表面非常光滑，这个特征使晶体管的载流子能够免于表面粗糙度及陷阱态的影响，从而晶体管能够获得较高的载流子迁移率。

技术领域

本发明涉及薄膜制备技术领域，具体地讲，涉及一种云母薄膜的制备方法及晶体管。

背景技术

作为宽禁带半导体材料的典型代表，氮化镓(GaN)基材料具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、击穿场强高和导热性能好等特点，可用于制作高温、高频及大功率电子器件。更重要的是，GaN基材料可以形成调制掺杂的AlGaN/GaN异质结构，该结构在室温下可以获得很高的电子迁移率，极高的峰值电子速度和饱和电子速度，并获得比第二代化合物半导体异质结构更高的二维电子气密度。因此，基于AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率晶体管在大功率微波器件方面具有非常好的应用前景。同时，在雷达、通信、高温和抗辐射等应用系统和领域具有巨大的需求前景和应用潜力。

但是，AlGaN/GaN异质结材料表面存在由晶体缺陷引起的表面态，这些表面态的存在会使器件在高频大功率应用时产生电流崩塌现象，使得器件的输出功率大打折扣。当前，器件表面钝化法是一种常用的能够有效地抑制电流崩塌现象的方法。例如，在已完成电极的器件表面，用等离子体增强化学气相沉积法淀积一层厚为350nm的氮化硅(Si₃N₄)薄膜作为钝化层。实验结果发现，经过Si₃N₄钝化的AlGaN/GaN异质结晶体管的输出功率密度提高了一倍。经试验证明，Si₃N₄钝化的方法可以有效地抑制电流崩塌。但这种方法工艺复杂，并且只是一定程度上减小电流崩塌，不能完全阻止表面态对主沟道中二维电子气的影响，高电场时二维电子气仍然会被表面态俘获，从而影响器件性能的稳定和可靠性。

此外，由于肖特基栅AlGaN/GaN异质结器件的反向漏电较大，会导致器件的击穿电压、效率、增益等关键性能恶化。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种云母薄膜的制备方法，其包括：将衬底放置于真空的脉冲激光沉积设备中；利用脉冲激光熔蚀云母靶材，使云母靶材的表面产生等离子体羽辉，所述等离子体羽辉沉积在所述衬底上生长形成均匀的云母薄膜。

进一步地，在利用脉冲激光熔蚀云母靶材的同时或者之前，对所述衬底进行加热，以使所述衬底被加热至预定温度。

进一步地，在真空环境下对生产形成的云母薄膜进行原位退火。

进一步地，所述脉冲激光的波长为248nm，所述脉冲激光的能量密度为1J/cm²-20J/cm²，所述脉冲激光的频率为1Hz-10Hz。

进一步地，所述云母靶材与所述衬底之间的距离为2cm-10cm。

进一步地，所述预定温度为25℃-750℃，优选的是500℃。

进一步地，在真空环境下以500℃-1000℃的退火温度对云母薄膜进行原位退火。

本发明的另一目的还在于提供一种晶体管，其包括：衬底；位于所述衬底上的缓冲层；位于所述缓冲层上的氮化镓高阻层；位于所述氮化镓高阻层上的氮化镓沟道层；位于所述氮化镓沟道层上的氮化铝插入层；位于所述氮化铝插入层上的势垒层；位于所述势垒层上的氮化镓盖帽层；利用上述的制备方法在所述氮化镓盖帽层上制备的云母薄膜。