[发明专利]利用氧化亚锡调节阈值电压的氧化镓场效应管及制备方法

说明书

本发明的利用氧化亚锡调节阈值电压的氧化镓场效应晶体管，包括衬底、栅电极、源电极和漏电极，衬底的上表面设置有底栅介质层；底栅介质层上设置有氧化镓沟道层，氧化镓沟道层的材料为N型掺杂氧化镓；源电极与漏电极之间的氧化镓沟道层上设置有氧化亚锡层。本发明的场效应晶体管的制备方法，包括：a).衬底清洗；b).制备氧化镓薄膜；c).去除转移物；d).制备源、漏电极；e).制备氧化亚锡层；f).退火处理。本发明针对现有氧化镓晶体管需要很大的负电压才能关断的问题，提出利用p型氧化亚锡调节n型氧化镓场效应晶体管阈值电压的方法及工艺，以调控晶体管的阈值电压，能够明显改善器件的阈值电压，提高器件的利用价值。

技术领域

本发明涉及一种氧化镓场效应晶体管及制备方法，更具体的说，尤其涉及一种利用氧化亚锡调节阈值电压的氧化镓场效应晶体管及制备方法，属于半导体器件技术领域。

背景技术

氧化镓是一种新型的第四代直接带隙宽禁带半导体，相比于第三代半导体，它具有禁带宽度更大、吸收截止边更短、生长成本更低等突出优点，成为功率器件和深紫外光电子器件的优选材料之一。但是常规氧化镓场效应晶体管阈值电压高，都为耗尽型晶体管，需要很大的负电压才能关断。

氧化镓薄膜可以通过化学气相沉积、金属-有机物气相外延、分子束外延和射频磁控溅射等方式进行生长，但相比较而言，氧化镓块状单晶材料拥有更为理想的结晶状态和更少的缺陷。近年来，氧化镓大体积晶体的晶体生长和材料质量也有了迅速的提高。2017年，国内Wenxiang Mu等人[W. Mu, Z. Jia, Y. Yin, Q. Hu, Y. Li, B. Wu, J. Zhang,and X. Tao.High quality crystal growth and anisotropic physicalcharacterization of β-Ga₂O₃ single crystals grown by EFG method. Journal ofAlloys Comphotodetector. 2017，714]利用导模法制备出了直径为一英寸的高质量β-Ga₂O₃单晶。氧化镓单晶是层状材料，其晶体结构中具有两个不同的镓位点和两个解理面（100）和（001），所以它的纳米结构可以通过对块状晶体的机械剥离而获得。

目前已经有许多关于机械剥离氧化镓制作的场效应晶体管等电子器件的报道。中国专利文献104183649A提供了一种阈值电压可调的薄膜晶体管：一种阈值电压可调的薄膜晶体管，包括衬底、设在衬底上的第一栅极，设在衬底上并覆盖第一栅极的第一栅氧化层，设在第一栅氧化层上的沟道层，设在沟道层上相对两侧的源极、漏极，和设在沟道层以及源极、漏极上的隧穿层，设在隧穿层上的存储层，设在存储层上的阻挡层和设在阻挡层上的第二栅极。所述第二栅极位于第一栅极正上方。该薄膜晶体管利用俘获在存储层中的电荷调节晶体管的阈值电压，具有结构简单、低功耗、高稳定性、与现有技术兼容等优点。HongZhou等人[H. Zhou, K. Maize, G. Qiu, A. Shakouri, and P. D. Ye.β-Ga₂O₃ oninsulator field-effect transistors with drain currents exceeding 1.5 A/mm andtheir self-heating effect. Applied Physics Letters. 2017,111(9)]以剥离得到的氧化镓为沟道层制备的底栅结构场效应晶体管已经实现了1.5 A/mm的大电流密度，同时他们也研究了不同氧化镓沟道层厚度对晶体管阈值电压的影响。结果表明当其氧化镓厚度小于80 nm时，阈值电压从负值变为正值，也就是说通过对氧化镓厚度的改变，实现了场效应晶体管从耗尽型向增强型的转变。