[发明专利]一种增强型氢终端金刚石场效应晶体管及制备方法

说明书

本发明公开了一种增强型氢终端金刚石场效应晶体管及其制备方法，该晶体管包括：金刚石衬底、位于金刚石衬底上的氢终端表面、位于氢终端表面上两侧的源、漏电极、位于源、漏电极之间的栅电极以及位于栅电极下方的MgF₂栅介质层；其中，MgF₂栅介质层位于所述源、漏电极之间的氢终端表面上，并向两边延伸至完全覆盖源、漏电极的上表面以形成钝化层。本发明提供的的MgF₂栅介质层可同时作为栅介质层和钝化层，且只需经一次沉积形成，以简单的结构和制备工艺实现了高性能、高稳定性的增强型氢终端金刚石场效应晶体管。

技术领域

本发明属于微电子领域，具体涉及一种增强型氢终端金刚石场效应晶体管及制备方法。

背景技术

近年来，随着微电子与集成技术的飞速发展，金刚石超宽禁带半导体材料受到了各界关注。尽管金刚石的加工工艺不如硅成熟和完美，但由于其具有高载流子迁移率、高击穿电场、极高热导率等优异的物理特性，因而在功率器件和电力电子器件上有着广泛的应用前景。

金刚石半导体材料常用的掺杂剂为硼(P型)和磷(N型)，激活能分别是0.37eV和0.6eV，室温下的激活率非常低，导致金刚石体掺杂难以形成室温下的高电导，这严重阻碍了金刚石在电子器件领域的应用和发展。研究发现，氢终端金刚石表面在室温下能表现出P型导电性。氢终端表面电导为金刚石场效应管提供了工艺简单、成本低廉的导电沟道制备方法。现有的金刚石基场效应晶体管基本都是利用金刚石表面氢化后吸附空气中的活性分子或原子基团，诱导出二维空穴气2DHG，获得表面p型沟道的。

目前，耗尽型金刚石场效应管已经实现了较好的器件特性。然而，采用耗尽型器件实现功率电路会增加驱动电路设计的复杂性和电路功耗。在高压高功率应用中，耗尽型器件也不利于实现故障安全的电路结构。因此，国内外一直致力于金刚石增强型器件的研究应用。近年来，现有技术通常采用栅介质工程、表面沟道调制或者一些特殊的器件结构以实现增强型氢终端金刚石场效应管。

然而，对于栅介质工程来说，其绝大部分都是靠介质材料特性或工艺引入的固定电荷补偿氢终端表面带负电的吸附物来实现增强型特性，这样则只能在栅下引入这些介质，栅源和栅漏之间不能用这些介质来钝化。而氢终端金刚石表面的气态吸附物在温度升高时容易解吸附、引起电导退化，例如空气吸附表面电导在80℃就出现了明显的退化，这造成增强型氢终端金刚石FET的热不稳定性。要提高器件稳定性需要额外的钝化工艺，这无疑增加了制作成本。同时，这些栅介质带来的固定电荷以及陷阱电荷等通常对氢终端金刚石表面电导尤其是迁移率参数有明显的负面影响，使得栅下沟道虽然形成增强型，但器件导通后导通电阻大、跨导和输出电流较低，难以发挥氢终端金刚石表面电导的优势。

此外，对于表面沟道调制来说，其实现增强型器件方法的工艺和器件结构比较复杂，且也存在导通电阻较大、源漏电流和跨导较小或者需要额外钝化等问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种增强型氢终端金刚石场效应晶体管及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种增强型氢终端金刚石场效应晶体管，包括：金刚石衬底、位于所述金刚石衬底上的氢终端表面、位于所述氢终端表面上两侧的源、漏电极、位于所述源、漏电极之间的栅电极以及位于所述栅电极下方的MgF₂栅介质层；其中，

所述MgF₂栅介质层位于所述源、漏电极之间的所述氢终端表面上，并向两边延伸至完全覆盖所述源、漏电极的上表面以形成钝化层。

在本发明的一个实施例中，所述MgF₂栅介质层的厚度为5～25nm。

在本发明的一个实施例中，所述金刚石衬底为单晶或者多晶金刚石衬底。

在本发明的一个实施例中，所述源、漏电极的材料为金属Au，其厚度为60～140nm。