[发明专利]柔性衬底上的InGaAs基MOS电容器及制作方法

说明书

本发明公开了一种柔性衬底上的InGaAs基MOS电容器及制作方法，主要为了解决传统Ⅲ‑V材料的器件只能应用于硬质平面环境，无法应用于柔性环境的问题。其自下而上包括衬底(1)、阴极金属电极(2)、半导体功能薄膜层(3)、氧化层(4)和阳极金属电极(5)，其中衬底采用柔性衬底；半导体薄膜层采用由InGaAs、GaAs和InGaAs三层薄膜层构成力学平衡结构功能层。本发明在具有工作频率高的同时，具有良好的延展和弯曲性，可用于包括柔性显示器、柔性电子标签、人工肌肉及生物信号传感器。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，特别涉及一种柔性InGaAs基MOS电容器，可用于弯曲的工作环境。

背景技术

硅基互补金属氧化物半导体CMOS技术是当今半导体工业数字集成电路产业蓬勃发展的主要原动力，半导体产业发展50多年以来，在摩尔定律的指导下，单位芯片上可以集成的晶体管数量不断增加，CMOS器件的特征尺寸不断缩小，相应的器件性能不断提高。然而受制于硅材料本身的物理特性，尺寸的不断缩小导致器件功耗的增加以及可靠性的降低，摩尔定律即将到达其极限。InGaAs基半导体场器件具有沟道材料电子迁移率高、电子饱和速度大、亚阈值摆幅陡峭、驱动电流大、禁带宽度可以灵活调节以及功耗低等优点，有望成为下一代超高速低功耗电路结构的功能单元。

柔性电子被认为是电子行业的未来，因为柔性电子的独特的柔性和延展性以及高效、低成本制造工艺，在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景，如柔性电子显示器、电子纸、电子标签、薄膜太阳能电池板、柔性远程监控设备等。柔性电子有时甚至还是可穿戴的，给出人类的生命体征数据，也因此受到了学术、商业等各界的广泛研究。聚合物柔性基体上的分立元器件如电容和电感，已经成功制作出来并在相对较低的频率下工作，但是这些器件并不能和柔性薄膜晶体管在单片上进行集成。因此，研究高频下柔性电子元器件的工作特性很有必要，而电容又是基本所有集成电路中必不可少的元器件。

传统的Ⅲ-V器件制备工艺成本较高，器件通常需要生长很厚的外延层作为功能层材料的支撑，较厚的支撑层材料使得III-V族器件的制备成本较高。如果可以将高性能的InGaAs基器件与成本较低的柔性材料平台相结合，既可以大大降低工业成本，又可实现高性能无机器件的柔性可弯曲化，使微电子器件及集成电路可以适应非平面工作环境，具备更高的便携性以及智能化，适合于更宽的应用领域。

2012年加州伯克利大学的Ali Javey团队采用纳米膜转印技术在硅衬底上集成了InAs MOSFET，截止频率高达165.5GHz，是目前在硅工艺平台上实现的最高截止频率；利用类似的方法，研制的以塑料作为衬底的InAs MOSFET截止频率高达105GHz，是此前报道的“最快”的石墨烯材料柔性器件截止频率的10倍。近些年来通过引入ALD技术，柔性化合物基器件的研究取得了大量可喜的进展，但由于化合物半导体表面复杂的物质组成导致高K介质/Ⅲ-V界面态密度过大，源/漏区欧姆接触电阻大，Ⅲ-V器件与其他材料工艺平台兼容性差，柔性衬底不可经高温工艺处理，Ⅲ-V族半导体器件不可弯曲等多方面问题，使得基于柔性衬底的器件的性能不能得到最大程度的发挥，严重影响了器件电学特性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种柔性衬底上的InGaAs基MOS电容器及制作方法，以降低欧姆接触电阻，避免柔性衬底经过高温工艺处理，实现基于III-V族半导体材料的MOS电容器的弯曲。

为实现上述目的，本发明柔性衬底上的InGaAs基MOS电容器，自下而上包括衬底、阴极金属电极、半导体薄膜层、氧化层和阳极金属电极，其特征在于：

衬底，采用方形柔性衬底；

半导体薄膜层，采用由InGaAs、GaAs和InGaAs三层薄膜层叠加构成，以保证器件的延展性和弯曲性。

进一步，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯PET薄膜的厚度为0.2～0.4mm。