[实用新型]基于氧化镓二维电子气的薄膜场效应晶体管

说明书

本实用新型提供一种基于氧化镓二维电子气的薄膜场效应晶体管。包括衬底、异质结构、栅介质层、源电极、漏电极及栅电极；异质结构包括位于衬底表面的氧化镓层和位于氧化镓层表面的氧化锌层，氧化镓层和氧化锌层的界面处形成二维电子气；栅介质层位于氧化锌层的表面，栅电极位于栅介质层的表面；源电极和漏电极位于氧化镓层的表面，且与氧化镓层欧姆接触。本实用新型利用在原子层沉积氧化锌的过程中对氧化镓层的氧化还原反应所产生的氧空位，在氧化锌/氧化镓异质结界面处形成导电沟道，通过栅极电压对氧空位浓度的调节，实现对场效应晶体管的开关控制，从而为低导通电阻增强型氧化镓二维电子气的耐压电子器件提供新的解决方案。

技术领域

本实用新型涉及半导体器件领域，特别是涉及一种基于氧化镓二维电子气的薄膜场效应晶体管。

背景技术

随着新能源、5G等新兴技术的出现与快速发展，传统硅基器件已经无法满足这些应用场景的需求，因此第三代化合物半导体受到的关注度越来越高，它们在大功率、高温、高压等应用场合将发挥传统硅基器件无法实现的各种功能。氧化镓凭借其超宽的禁带而在大功率器件的应用方面展现出独特优势。氧化镓具有n型半导体的特性，β相氧化镓能够在高温下稳定工作，能够承载更高的能量密度，具有较高的载流子迁移率，有利于提升器件整体的能效以及让器件高速地工作，这填补了硅基器件的不足，使得氧化镓在大功率场景中有广阔的应用前景。

现有技术中的场效应晶体管由于选用的沟道材料无法承受大击穿场强，在大功率和高频率使用条件下器件生产成本高、稳定性差，满足不了高功率，高迁移率的需求，限制了功率器件的发展。近年来，人们提出了在周期性排列的超晶格结构以及外延生长的异质结构的氧化物界面中形成二维电子气(2DEG)，例如LaAlO₃/SrTiO₃和ZnO/MgZnO，然而LaAlO₃/SrTiO₃等衬底材料成本高昂、制备工艺复杂，难以形成大面积的二维电子气层。本申请的实用新型人经大量研究，提出了一种利用氧化镓材料形成二维电子气的技术方案。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种基于氧化镓二维电子气的薄膜场效应晶体管，用于解决传统的硅基器件难以满足高功率、高迁移率等场景的应用需求，而采用LaAlO₃/SrTiO₃等衬底材料形成二维电子气存在成本高昂、制备工艺复杂，难以形成大面积的二维电子气层等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种基于氧化镓二维电子气的薄膜场效应晶体管，包括，衬底、异质结构、栅介质层、源电极、漏电极及栅电极；所述异质结构包括位于衬底表面的氧化镓层和位于氧化镓层表面的氧化锌层，所述氧化镓层和氧化锌层的界面处形成二维电子气；所述栅介质层位于所述氧化锌层的表面，所述栅电极位于所述栅介质层的表面；所述源电极和漏电极位于所述氧化镓层的表面，且与所述氧化镓层欧姆接触。

可选地，所述氧化镓层的厚度为10nm～100nm。

可选地，所述氧化锌层的厚度为1nm～20nm。

可选地，所述栅介质层包括氧化铝层、氧化铪层和氧化硅层中的一种或多种的结合，所述氧化铝层的厚度为5nm～50nm。

可选地，所述源电极、漏电极和栅电极的材质选自金、银、铜、铝、镍、钛、钼和铂中的一种或多种的结合。

可选地，电极的厚度为20nm～100nm。

可选地，所述衬底包括硅、氧化硅和氧化镓衬底中的一种或多种的结合。