[发明专利]一种石墨衬底上的氧化锌基MOS器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨衬底上的氧化锌基MOS器件。属于半导体材料技术领域。

背景技术

ZnO材料作为一种新型的直接帯隙紫外光电半导体材料，其禁带宽度~3.3eV，对应的带边跃迁光子波长为360~390nm，特别是其激子束缚能高达60meV，因而激子增益高，非常适合制备发光器件。由于ZnO单晶薄膜很难获得，加之稳定可靠的p型掺杂技术还存在很多困难，目前报道的器件发光效率还非常低，功率很小，ZnO基器件离实现良好的电注入发光还有很大距离。此外，器件散热性能的好坏严重影响ZnO基光电子器件以及高功率器件的性能和使用寿命。 因此，在ZnO基光电子器件应用领域中一个最为重要也最为关键的问题就是器件衬底的选择，因为ZnO薄膜的质量好坏以及器件的制备、性能都对衬底具有非常大的依赖性。迄今为止，国内外科学家通过各种制备方法在GaAs, sapphire, ZnO, ScMgAlO₄, and Si等一系列单晶衬底上制备出了高质量的ZnO薄膜材料。然而，这些衬底材料由于价格昂贵，热导率低，资源有限等因素，不仅加大了ZnO基光电子器件的生产成本，而且严重阻碍了器件的性能和使用寿命。同时也给废弃的器件回收处理也带来了很大的不便。另外，对于一些特殊的器件应用领域，如：大面积可以折叠显示器以及高功率器件等，需要将制备好的ZnO纳米材料转移到柔性衬底或者金属衬底上进行后续的加工处理和器件制备。然而，由于ZnO薄膜材料和上述单晶衬底之间具有很强的附着力，很难从衬底上剥离下来，这就为ZnO材料在相关应用领域的应用增加了一大难题。石墨衬底相对于传统基片具有非常独特优点，如：低成本、优异的机械性能和化学稳定性以及其导电和散热性能远远超过金属铜，在高功率器件领域具有广阔的应用前景；同时可以通过微机械剥离等手段对石墨进行剥离，使得在石墨衬底上制备的ZnO基光电子器件可以转移到其它衬底上。

综上所述，我们把目光转向新型的ZnO基MOS结构器件，实验结果证实该器件和传统器件相比具有优异的散热性能、良好的二极管IV整流特性以及奇特的负电容现象。因此，该结构器件在ZnO基大功率长寿命和可转移电子器件领域具有重大应用潜力。

发明内容

本发明的目的在于解决影响ZnO基光电子器件以及高功率器件性能和使用寿命的散热性能问题，以及对于一些特殊的器件应用领域，如：大面积可以折叠显示器以及高功率器件等，由于ZnO薄膜材料和GaAs, 蓝宝石, ZnO, ScMgAlO₄, Si等一系列单晶衬底之间具有很强的附着力，很难从衬底上剥离下来，从而影响将制备好的ZnO纳米材料转移到柔性衬底或者金属衬底上进行后续的加工处理和器件制备这一难题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种石墨衬底上的氧化锌基MOS器件。

本发明提供的一种石墨衬底上的氧化锌基MOS器件，是在石墨衬底材料表面上，依次生长绝缘层和半导体层 ZnO 薄膜，制得ZnO 基MOS器件。

其中，所述绝缘层为SiO₂、Ga₂O₃、ZnMgO、VO₂ 或MgO。

其中，所述绝缘层的厚度为50至300 nm。

其中，所述ZnO 薄膜的厚度为50至300 nm。

其中，所述ZnO 基MOS器件结构上下表面蒸镀欧姆接触电极，再切割成小片即得氧化锌基金属-绝缘体-半导体原型器件。

本发明提供的一种石墨衬底上的氧化锌基MOS器件制备方法，包括以下步骤：步骤1：在石墨衬底材料表面上，生长绝缘层；步骤2：在绝缘层上生长半导体层 ZnO 薄膜，制得ZnO 基MOS器件。

其中，所述石墨衬底上的氧化锌基MOS器件制备方法进一步包括：步骤3：将制备好的ZnO基MOS结构在惰性气体下，温度400-600℃，进行快速热退火3-10分钟。

其中，采用射频磁控溅射法生长绝缘层和ZnO 薄膜，溅射功率为120-180W，工作气体为高纯惰性气体，溅射时腔室气体压强为2.0-4.0 Pa。

其中，所述绝缘层为SiO₂、Ga₂O₃、ZnMgO、VO₂ 或MgO；所述绝缘层的厚度为50至300 nm。

其中，所述ZnO 薄膜的厚度为50至300 nm。