[发明专利]一种基于量子碳膜的pn结二极管结构及制作方法

权利要求书

1.一种基于量子碳膜的适用于大功率器件的pn结二极管结构的制作方法，其特征在于，所述pn结二极管结构包括：p型基板，所述p型基板是由多层石墨烯层上下层叠形成的量子碳膜基板，该量子碳膜基板进行了纳米金属材料的掺杂，以在该量子碳膜基板中形成量子点；位于所述p型基板的上侧的n型层，所述n型层是通过在所述p型基板中离子注入掺杂元素而形成，所述n型层与所述p型基板形成pn结；位于所述n型层上与所述n型层形成欧姆接触的上电极；以及位于所述p型基板的下侧与所述p型基板形成欧姆接触的下电极；

所述制作方法包括：

A1、通过离子注入方法在由量子碳膜构成的p型基板中的离子注入区注入掺杂元素，形成所述p型基板的上侧的n型层；

A2、对离子注入区进行退火，以修复离子注入引起的晶格损伤，并激活掺杂元素；

A3、在所述n型层上制备上电极；然后，以所述上电极为掩膜，采用反应离子刻蚀方法形成中间具有所述上电极和所述pn结、周围暴露所述p型基板的台面；

A4、在所述p型基板的下侧制备下电极。

2.如权利要求1所述的pn结二极管结构的制作方法，其特征在于，所述量子碳膜基板的厚度为6-100微米。

3.如权利要求1或2所述的pn结二极管结构的制作方法，其特征在于，所述掺杂元素为氮元素、磷元素、砷元素或其组合。

4.如权利要求3所述的pn结二极管结构的制作方法，其特征在于，所述掺杂元素为氮元素，氮离子的注入剂量为1×10¹⁸cm^-3-3×10²⁰cm^-3，注入能量为2-100keV。

5.如权利要求4所述的pn结二极管结构的制作方法，其特征在于，氮离子的注入剂量为1.1×10²⁰cm^-3-1.5×10²⁰cm^-3，注入能量为50-80keV。

6.如权利要求1至2任一项所述的pn结二极管结构的制作方法，其特征在于，所述上电极为Au、Al、Cr、Ti、Mo或Pd单层电极，或 MoW合金电极，或石墨烯、纳米银或透明氧化物电极，或Ti/Pt、Ti/Au双层电极或 Ti/Al/Ni/Au多层电极。

7.如权利要求1至2任一项所述的pn结二极管结构的制作方法，其特征在于，所述上电极为Ti/Au双层电极，包括1-10nmTi膜以及 20-100nm的Au膜。

8.如权利要求1所述的pn结二极管结构的制作方法，其特征在于，步骤A1中，由离子阻挡层在所述量子碳膜上形成所述离子注入区。

9.如权利要求8所述的pn结二极管结构的制作方法，其特征在于，所述离子阻挡层为光刻胶，所述光刻胶通过光刻、显影形成中心开口区域。

10.如权利要求8所述的pn结二极管结构的制作方法，其特征在于，步骤A2中，去掉所述离子阻挡层，在惰性气氛下对所述离子注入区进行退火，退火温度为800-1000℃，退火10-90分钟，惰性气氛为氮气气氛或氩气气氛。

11.如权利要求10所述的pn结二极管结构的制作方法，其特征在于，步骤A2中，退火40-60分钟。

12.如权利要求1所述的pn结二极管结构的制作方法，其特征在于，步骤A3中，由光刻胶在所述n型层上通过光刻、显影形成中心开口区域。

13.如权利要求1所述的pn结二极管结构的制作方法，其特征在于，在形成所述上电极之后进行真空100℃-400℃退火，时间5-20min。

14.如权利要求1所述的pn结二极管结构的制作方法，其特征在于，

反应离子刻蚀采用射频13.56 MHz，功率30-500W，氧流量5-50sccm，所述量子碳膜基板处于常温。