[发明专利]基于WO3

说明书

本发明公开了一种基于WO₃/Al₂O₃双层栅介质的零栅源间距金刚石场效应晶体管及制作方法，主要解决现有金刚石场效应晶体管导通电阻大，输出电流和跨导低的问题。其包括金刚石衬底(1)、氢终端表面(2)、WO₃第一栅介质层(3)、Al₂O₃第二栅介质层(4)、源电极(5)、漏电极(6)和栅电极(7)，其中源、漏极位于氢终端表面上的两侧，第一栅介质层位于源、漏极之间的氢终端表面上并覆盖部分源、漏极，第二栅介质层覆盖在第一栅介质层之上，其上方的栅电极下半部分镶嵌在源、漏极之间，上半部分隔着2层栅介质覆盖在源、漏极之上，形成T型栅结构。本发明导通电阻小，跨导和输出电流高，可用于功率器件和电力电子器件。

技术领域

本发明属于微电子器件技术领域，具体地说是一种零栅源间距金属-绝缘层-半导体场效应晶体管MISFET，可用于功率器件、数字逻辑电路器件或电力电子器件等。

背景技术

金刚石是一种超宽禁带半导体材料，具有高击穿电场、高载流子迁移率、极高热导率等一系列优点，被业界称为终极半导体材料。然而目前可用于金刚石掺杂的杂质激活能较高，因而体掺杂电导过小，难以应用于电子器件。但是金刚石表面氢化后形成氢终端金刚石，会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 型导电沟道，这可以有效的解决金刚石材料掺杂剂难以激活的问题。

2014年Jiangwei Liu等人制备出了SD-ZrO₂/ALD-Al₂O₃双层介质的零栅源间距氢终端金刚石场效应管，借鉴Liu J,Liao M,Imura M,et al.Low on-resistance diamondfield effect transistor with high-k ZrO2as dielectric[J].Sci Rep,2014,4(7416):6395.其导通电阻为 29.7Ω.mm，最大饱和电流为224.1mA.mm^-1，最大跨导为70.4mS.mm^-1；同等栅长条件下，具有栅源间距的常规器件结构，其导通电阻为208.4Ω.mm，最大饱和电流为29.3mA.mm^-1，最大跨导为10.1mS.mm^-1，通过对比可以发现，零栅源间距结构可以减小导通电阻，增大跨导，提高输出电流；但是，该报告所采用的介质本身在氢终端金刚石表面并没有提高电流的作用，因此，仅凭借零栅源间距结构，对器件输出电流的提升程度还不够高。

发明内容

本发明的目的在于针对一般氢终端金刚石场效应晶体管导通电阻大，输出电流小以及跨导低的不足，利用WO₃对氢终端金刚石具有表面转移掺杂作用来提高二维空穴气电导，并利用零栅源间距结构的优点，提出一种基于WO₃/Al₂O₃双层栅介质的零栅源间距金刚石场效应晶体管及制作方法，在保证器件的击穿特性前提下，进一步减小导通电阻，提高输出电流。

为实现上述目的，本发明基于WO₃/Al₂O₃双层栅介质的零栅源间距金刚石场效应晶体管，包括金刚石衬底、氢终端表面、第一栅介质层、第二栅介质层、源电极、漏电极和栅电极，源、漏电极位于氢终端表面上的两侧，第一栅介质层位于源、漏电极之间的氢终端表面上并覆盖源、漏电极的部分表面，第二栅介质层覆盖在第一栅介质层的上方，其特征在于：

栅电极位于第二栅介质层的上方，且下半部分镶嵌在源、漏电极之间，上半部分隔着2层栅介质分别覆盖在源、漏电极之上，使得栅、源和栅、漏之间的横向间距都为零，形成T型栅结构；

第一栅介质层采用具有高功函数的过渡金属氧化物WO₃材料，第二栅介质层采用Al₂O₃材料。