[发明专利](100)晶向金刚石n沟道结型场效应晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种(100)晶向金刚石n沟道结型场效应晶体管及其制备方法，解决了p沟道结型场效应晶体管空穴迁移率低的问题。(100)晶向金刚石n沟道结型场效应晶体管，包括设有两个沟道的n型金刚石层，n型金刚石层的表面沿水平方向依次设置有源极、n‑p结和漏极，在n‑p结的上方设置有栅极，源极、漏极与n型金刚石层之间均设置有欧姆电极，欧姆电极即为高导电表面。

【技术领域】

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种(100)晶向金刚石n沟道结型场效应晶体管及其制备方法。

【背景技术】

场效应晶体管是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件，是集成电路中一种重要的器件单元。传统的场效应晶体管以硅材料为基础，但是随着器件尺寸的减小，硅基场效应晶体管的性能已经难以满足要求。因此，人们尝试开发宽禁带半导体材料GaN和SiC等。但是GaN和SiC材料热导率较低，因此其场效应晶体管在高温、高频、大功率应用领域的受到了一定的限制。这个时候，在热、电、声、光、机械等方面具有优良性能的金刚石进入了科学家的视野。金刚石具有高导热率、高机械强度、高电子和空穴迁移率以及优异的介电击穿强度等性能，是研发高温、高频、大功率场效应晶体管器件的理想候选材料。

金刚石场效应晶体管有金属-氧化物-半导体场效应和结型场效应晶体管两种。由于金刚石n型掺杂并不成熟，因此金刚石场效应晶体管主要以p沟道为主。由于金刚石电子的迁移率高于空穴的迁移率，因此人们更希望得到n沟道金刚石场效应晶体管。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种(100)晶向金刚石n沟道结型场效应晶体管及其制备方法，以解决p沟道结型场效应晶体管空穴迁移率低的问题。

本发明采用以下技术方案：(100)晶向金刚石n沟道结型场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、采用微波等离子体化学气相沉积方法在(100)晶向本征单晶金刚石衬底1上生长一层n型金刚石层；

步骤二、在n型金刚石层的表面制备金属掩膜，利用刻蚀技术在n型金刚石层中刻蚀出两个凹槽；

步骤三、采用微波等离子体化学气相沉积方法在两个凹槽的内表面均生长一层n型金刚石薄层，得到样品A；

步骤四、采用硫酸和硝酸体积比1:1混合液超过200℃条件下加热样品A，去除金属掩膜，同时使得n型金刚石薄层的表面氢终端氧化成氧终端，然后在 900℃以上退火5min以上得到使n型金刚石薄层表面转变成高导电表面；

步骤五、在一个高导电表面上制备源极，在另一个高导电表面上制备漏极，在n型金刚石层的上表面淀积一层电介质掩膜，待淀积电介质掩膜的上表面不包含源极的顶面、漏极的顶面、以及n型金刚石层上待生长栅极的顶面；

步骤六、采用微波等离子体化学气相沉积方法，在n型金刚石层上待生长栅极的顶面上生长一层p型金刚石层，然后采用紫外臭氧处理将表面氢终端氧化成氧终端；

步骤七、在p型金刚石层上制备栅极，并通过退火形成欧姆接触。

进一步的，n型金刚石层，为磷掺杂层，掺杂浓度大于等于10¹⁶cm^-3，研磨抛光处理后的厚度为1-10μm，表面粗糙度小于2nm。

进一步的，步骤三中，n型金刚石薄层由微波等离子体化学气相沉积技术外延而得，生长气氛中磷/碳体积比大于0.01％，厚度为10-100nm。

进一步的，本征单晶金刚石衬底为高温高压合成衬底、CVD合成衬底或自支撑金刚石薄膜。

进一步的，步骤二中，金属掩膜为能溶于硫酸和硝酸混合液的材料。

进一步的，步骤二中，刻蚀方法为反应离子刻蚀或者感应耦合等离子体刻蚀，凹槽的深度为0.5-9.8μm，凹槽深度小于n型金刚石层的厚度。