[发明专利]低功耗氮化镓基负电容场效应晶体管及制备方法

说明书

本发明公开了低功耗氮化镓基负电容场效应晶体管及制备方法，所述的低功耗氮化镓基负电容场效应晶体管，包括GaN基底；位于所述GaN基底上两端的源电极和漏电极；位于所述GaN基底上表面源极和漏极之间的高K介质层；位于高K介质层上的铁电聚合物层；位于铁电聚合物层上的顶栅电极。本发明利用铁电聚合物材料在极化过程中产生的负电容效应，以及铁电聚合物材料、高K介质材料和AlGaN/GaN异质结三者之间的电容匹配，进而获得了一个稳定的低功耗氮化镓基负电容场效应晶体管，并显著降低器件的亚阈值斜率，大幅提高器件的开关速度，从而显著降低器件功耗。

技术领域

本发明涉及一种场效应晶体管，尤其涉及一种低功耗氮化镓基负电容场效应晶体管及制备方法。

背景技术

第三代半导体材料具有带隙宽度大、耐压能力高的优点，引起了研究学者的浓厚兴趣，可广泛应用于高温、高频、大功率电子器件。作为第三代宽禁带半导体的代表，III-V族化合物半导体材料氮化镓(GaN)具有许多优良的物理化学性能。在常温下其禁带宽度为3.4eV，原子间结合力强、化学性质稳定，临界击穿电场大、饱和电子迁移率高和耐温性能良好，作为高频高功率器件广泛应用于航天航空、雷达通信、汽车电子等军用和民用领域。

在GaN基电子器件中，高电子迁移率晶体管(HEMT)是应用于高频大功率场合最主要的器件，是目前高性能半导体电子器件的研究热点。这种晶体管工作原理是依靠AlGaN/GaN异质结特有的压电效应与自发极化两种效应所产生的内建极化电场，在AlGaN/GaN界面靠近GaN侧感生出的高浓度二维电子气(2DEG)，进而形成导电沟道。

随着GaN基纳米电子器件尺寸的不断缩小以及集成电子器件的发展，器件功耗成为限制器件发展应用的重要影响因素。在器件功耗中，影响最大的因素是器件的亚阈值斜率(SS)，它决定器件的开关速度。因此，迫切需要研究一种独特的器件结构来降低GaN基器件的SS，提高器件的开关速度，从而降低器件的功耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型结构的低功耗氮化镓基负电容场效应晶体管及制备方法。

为达到上述目的，本发明提供的低功耗氮化镓基负电容场效应晶体管，包括：

GaN基底；

位于所述GaN基底上两端的源电极和漏电极；

位于所述GaN基底上表面源极和漏极之间的高K介质层；

位于高K介质层上的铁电聚合物层；

位于铁电聚合物层上的顶栅电极。

作为一种具体实施方式，上述GaN基底依次包括衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层。

作为优选，上述源电极和上述漏电极均为多层金属堆叠的层电极，所述多层金属堆叠的层电极从下至上依次包括Ti金属层、Al金属层、Ni金属层、Au金属层。

作为优选，上述高K介质层为HfO₂介质层、ZrO₂介质层或Al₂O₃介质层。

作为优选，上述铁电聚合物层为P(VDF-TrFE)铁电聚合物层(聚偏氟乙烯基铁电聚合物层)。

作为优选，上述顶栅电极为多层金属堆叠的层电极。所述多层金属堆叠的层电极包括Cr金属层、以及形成于Cr金属层上的Au金属层。

本发明提供的低功耗氮化镓基负电容场效应晶体管的制备方法，包括：

在GaN基底上表面的两端分别形成源电极和漏电极；

在形成了源电极和漏电极的GaN基底上表面制作与顶栅电极图形对应的光刻胶图形；