[发明专利]金刚石基背栅型氢终端场效应晶体管及其制备方法

权利要求书

1.金刚石基背栅型氢终端场效应晶体管，其特征在于，由金刚石衬底(1)、背栅极(2)、源极(3)、栅引出电极(4)、漏极(5)和单晶金刚石外延薄膜(6)组成；

金刚石衬底(1)上设有背栅极(2)，背栅极(2)上设有栅引出电极(4)；金刚石衬底(1)的上表面覆盖一层单晶金刚石外延薄膜(6)，单晶金刚石外延薄膜(6)将背栅极(2)包裹于其中，栅引出电极(4)的上部伸出单晶金刚石外延薄膜(6)的顶部；单晶金刚石外延薄膜(6)上还设有源极(3)和漏极(5)；氢终端金刚石表面导电沟道暴露在外面，使得沟道部分能够重复氢化。

2.根据权利要求1所述的金刚石基背栅型氢终端场效应晶体管，其特征在于，源极(3)和漏极(5)分别位于未露出单晶金刚石外延薄膜(6)的背栅极(2)的两侧，源极(3)和漏极(5)间距大于背电极(2)的宽度；源极(3)和漏极(5)的范围小于或等于未露出的背栅极(2)范围。

3.根据权利要求1所述的金刚石基背栅型氢终端场效应晶体管，其特征在于，源极(3)和漏极(5)设置于氢化的单晶金刚石外延薄膜(6)上，并与氢化的单晶金刚石外延薄膜(6)形成欧姆接触。

4.根据权利要求1所述的金刚石基背栅型氢终端场效应晶体管，其特征在于，单晶金刚石外延薄膜(6)表面上源极(3)、漏极(5)及源极(3)和漏极(5)之间部分以外的区域经过电学隔离处理。

5.根据权利要求1所述的金刚石基背栅型氢终端场效应晶体管，其特征在于，背栅极(2)厚度为0.001-1μm；源极(3)和漏极(5)厚度为0.07-1μm；单晶金刚石外延薄膜(6)为本征金刚石材料；单晶金刚石外延薄膜(6)在背栅极上面部分的厚度高出背栅极(2)0.001-5μm，电阻率大于100MΩ·cm，均方根表面粗糙度小于0.5nm，拉曼半峰宽小于5cm^-1，X射线衍射半峰宽小于0.05°。

6.根据权利要求1所述的金刚石基背栅型氢终端场效应晶体管，其特征在于，金刚石衬底(1)为本征金刚石材料，均方根表面粗糙度小于0.5nm，拉曼半峰宽小于6cm^-1，X射线衍射半峰宽小于0.1°。

7.权利要求1至6中任一项所述的金刚石基背栅型氢终端场效应晶体管的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：

1)、对金刚石衬底(1)进行酸碱处理，并吹干；

2)、在金刚石衬底(1)表面形成背栅极(2)；

3)、在金刚石衬底(1)和背栅极(2)上外延得到单晶金刚石外延薄膜(6)；

4)、利用刻蚀技术对部分背栅极(2)正上面的单晶金刚石外延薄膜(6)进行刻蚀，直到露出该部分背栅极(2)；

5)、在露出的背栅极(2)部分形成引出栅引出电极(4)；

6)、对单晶金刚石外延薄膜(6)进行氢化处理，在其表面下得到二维空穴气，并对氢化后的单晶金刚石外延薄膜(6)清洗；

7)、在单晶金刚石外延薄膜(6)表面形成源极(3)和漏极(5)；源极(3)和漏极(5)间距大于背电极(2)的宽度；源极(3)和漏极(5)分别位于未露出的背栅极(2)的两侧；源极(3)和漏极(5)的范围小于或等于未露出的背栅极(2)范围；

8)、遮盖单晶金刚石外延薄膜(6)表面上源极(3)、漏极(5)及源极(3)和漏极(5)之间部分，并对未遮盖部分进行电学隔离，然后清洗，得到金刚石基背栅型场效应晶体管。

8.根据权利要求7所述的金刚石基背栅型氢终端场效应晶体管的制备方法，其特征在于，步骤6)中氢化处理是在单晶金刚石外延薄膜表面下得到二维空穴气层；其载流子浓度为2×10¹¹-2×10¹⁵cm²，迁移率为20-200cm²/V·s，方块电阻小于20KΩ/□。

9.根据权利要求7所述的金刚石基背栅型氢终端场效应晶体管的制备方法，其特征在于，步骤8)中的电学隔离是对单晶金刚石外延薄膜(6)裸露表面处理，并使其电阻率大于100MΩ·cm。