[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

说明书

一种基于量子碳膜的pn结二极管结构及制作方法，该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；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。该pn结二极管结构可应用于高温、高频、高效的大功率器件，能够提高器件性能。该制作方法工艺简单，易于量产和普及。

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，特别是涉及一种基于量子碳膜的pn结二极管结构及制作方法。

背景技术

pn结是半导体器件中的基础器件结构，传统技术中典型的pn结二极管基于硅半导体制作。而随着科学技术的发展，己有的半导体材料己经不能满足一些领域的需求，尤其是一些处于高温高压等极端环境下的军事、航天等应用领域，因此，拥有优异性能的新型半导体材料的开发刻不容缓。

石墨烯基的半导体功能器件最近成为了研究的热点，但是本征石墨烯的零带隙特点限制了其在微电子领域的应用。通过掺杂形成的石墨烯pn结，结区的面积小，不能充分发挥pn结的优势。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于量子碳膜的pn结二极管结构及制作方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于量子碳膜的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；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。

进一步地：

所述量子碳膜基板的厚度为6-100微米。

所述掺杂元素为氮元素、磷元素、砷元素或其组合。优选地，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，优选地，注入剂量为1.1×10²⁰cm^-3-1.5×10²⁰cm^-3。

所述上电极和所述pn结形成突出在所述量子碳膜基板表面上的台面。

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；优选的，为Ti/Au双层电极，更优选地，包括1-10nmTi膜，更优选5nm的Ti膜，以及20-100nm的Au膜，更优选50nmAu膜。

一种所述的基于量子碳膜的pn结二极管结构的制作方法，包括如下步骤：

A1、通过离子注入方法在由量子碳膜构成的p型基板中注入掺杂元素，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；

A4、在所述p型基板的下侧制备下电极。

进一步地：