[发明专利]基于Metal/Insulator/AlGaN/GaN叠层MIS结构的负微分电阻器件及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子与固体电子学技术领域，特别是涉及一种基于Metal/Insulator/AlGaN/GaN叠层MIS结构的负微分电阻器件及制备方法。

背景技术

转移电子器件(TED)为基于电子在固体中能谷间转移而制成的器件。只有在导带中存在多个能谷、电子在各能谷中的行为特性各异，以及在一定外部条件下发生显著的电子转移的固体材料才能制作这类器件，砷化镓(GaAs)和磷化铟(INP)就属这种材料。

GaAs的导带底在波矢(0,0,0)处，在这个极值附近(极值称能谷)，电子的有效质量约为0.066m₀，m₀为自由电子的静止质量。GaAs的导带在(1,0,0)波矢方向上还有六个次级小值，即六个子能谷，它们比中心能谷约高0.36电子伏，电子在子能谷的有效质量约为0.4m₀，它比中心能谷的值大得多。电子迁移率大致上与它的有效质量成反比，因此电子在中心能谷的迁移率远大于子能谷。在室温和低场下，电子基本上集中在中心能谷。随着外加电场的增加，电子从外电场得到的能量也增加，有一部分电子会转移到子能谷。当外加电场约为3000伏/厘米时(称阈值电场，用Eth表示)，转移的电子数显著增加，电子总的平均迁移率及电子平均速度明显下降，出现负的微分迁移率和负的微分电导特性。

当加在GaAs晶体上的电压增加时，晶体中某处(一般在阴极附近)先达到阈值电场，该处电子的平均速度则下降，于是产生电子的积累。初始的积累区外电子速度没有下降，这使得在积累区的电子运动方向一侧，由于电子较快移动而产生电子的耗尽。电子积累区与耗尽区形成偶极区，它产生的电场与外加电场的方向一致，因而形成高场区，这一高场区进一步促使电子的转移，更多电子转移又使高场区的电场进一步增加，这一过程一直进行到晶体内电场的积分等于外加偏压高场区达到稳定为止，而称此高场区为高场畴。随着电子的运动，高场畴逆着电场方向朝阳极渡越。晶体内高场畴的产生使畴外电场下降，因而使通过晶体的电流I下降。当高场畴渡越到阳极并消失时,电流恢复到原来值，很快阴极又出现新的高场畴。高场畴的这种周而复始的产生、渡越、消失的过程，在外电路中产生电流的振荡波形。

转移电子器件是一个重要的微波器件。它已被广泛用作局部震荡器和功率放大器，且所涵盖微波频率从1GHz到150GHz。虽然转移电子器件的功率输出和效率一般都比IMPATT器件还低。然而，TED却有较低的噪声、较低的工作电压和相对较容易的电路设计。TED已逐渐成为探测系统、远程控制和微波测试仪器上所使用的重要固态微波源。然而，常规的转移电子器件(TED)主要是用n型GaAs和n型InP制作，电流峰谷比一般较低。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于Metal/Insulator/AlGaN/GaN叠层MIS结构的负微分电阻器件及制备方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于Metal/Insulator/AlGaN/GaN叠层MIS结构的负微分电阻器件的制备方法，包括步骤：

1)提供一包括依次层叠的衬底、GaN层及AlGaN层的基片；

2)于基片的AlGaN层上形成掩膜层，并刻蚀去除非器件区域的掩膜层、AlGaN、及GaN层形成AlGaN/GaN异质结平台；

3)于所述AlGaN/GaN异质结平台外围形成退火后与二维电子气接触的欧姆接触电极；

4)于所述AlGaN/GaN异质结平台表面形成绝缘层；

5)于所述绝缘层表面形成栅金属层；

6)于器件表面形成表面钝化层；

7)去除栅金属层及欧姆接触电极表面的钝化层，露出栅金属层及欧姆接触电极。

作为本发明的基于Metal/Insulator/AlGaN/GaN叠层MIS结构的负微分电阻器件的制备方法的一种优选方案，所述基片中的GaN层及AlGaN层之间形成有AlGaN/GaN异质结结构，异质结界面处存在二维电子气，所述AlGaN层的厚度为15～30nm。。

作为本发明的基于Metal/Insulator/AlGaN/GaN叠层MIS结构的负微分电阻器件的制备方法的一种优选方案，步骤1)还包括对所述基片进行清洗的步骤。

作为本发明的基于Metal/Insulator/AlGaN/GaN叠层MIS结构的负微分电阻器件的制备方法的一种优选方案，步骤2)中，所述AlGaN/GaN异质结平台为圆台。