[实用新型]一种应用于石墨烯上的柔性GaN基MIS器件

说明书

本实用新型公开了一种应用于石墨烯上的柔性GaN基MIS器件，包括GaN薄膜层、AlN溅射层、石墨烯层、金属电极层，将GaN作为半导体提供局域载流子，AlN溅射层作为电介质层以实现隧穿，石墨烯作为金属电极提供与半导体产生作用的载流子。该实用新型的有益效果是：制备方法简单容易实现，对于衬底无特殊要求，可以轻易实现柔性，能置于任意柔性衬底并可正常使用，在柔性条件下GaN基MIS器件的性能基本不受影响，而且成本低廉、易于实现。

技术领域

本实用新型涉及半导体材料和器件技术领域，具体为一种应用于石墨烯上的柔性GaN基MIS器件。

背景技术

氮化镓(GaN)作为第三代宽禁带半导体的代表之一，其优越的性能即较高的击穿电场、电子迁移率、二维电子气浓度和高温条件下的工作能力。氮化镓(GaN)材料的禁带宽度为3.4eV，其室温条件下的本征载流子非常低，因此器件往往具有非常低的漏电流。另外，氮化镓(GaN)材料化学性质稳定、耐高温、抗腐蚀，在高频、大功率、抗辐射应用领域具有先天优势，基于AlN、GaN异质结的电子器件在半导体领域已经取得广泛应用。金属-绝缘体-半导体(MIS)电容结构是研究半导体表面性质随外接电压变化情况的最简单实用的一种结构，其组成部分分别为栅电极金属、绝缘层、半导体衬底。在半导体衬底和金属层之间加外加电压，可以产生表面电势，当金属层相对半导体层为正向偏置时，电压为正，反之为负。MIS器件主要是基于载流子于偏压的关系应用于诸如HEMT器件、等离子体基元、MIS-LED等情况下，目前基于GaN的MIS器件主要是基于特定衬底如Si、SiC或蓝宝石等，难以实现柔性；其次金属层主要是通过电镀或者溅射金属制备的，对应用于MIS-LED结构来说会对发光产生限制，大幅降低出光效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种应用于石墨烯上的柔性GaN基MIS器件及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种应用于石墨烯上的柔性GaN基MIS器件，包括GaN薄膜层、AlN溅射层、石墨烯层和金属电极层，所述石墨烯层位于AlN溅射层上，所述AlN溅射层包裹石墨烯层，且位于GaN薄膜层上，所述GaN薄膜层位于金属电极层上，所述金属电极层包含金属层和衬底，所述金属层镀于衬底上。

进一步优选，所述石墨烯层为多层石墨烯，层数≥5。

进一步优选，所述AlN溅射层厚度为8～12nm。

进一步优选，所述GaN薄膜层厚度为3～5μm。

进一步优选，所述GaN基MIS器件的制备方法，包括以下步骤：

S1)将石墨烯通过等离子体化学气相外延(PECVD)的方式外延于蓝宝石衬底上形成石墨烯层；

S2)采用磁控溅射的方式将AlN溅射于石墨烯层上形成AlN溅射层；

S3)将GaN通过化学气相沉积的方式外延于AlN溅射层上形成GaN薄膜层；

S4)蓝宝石衬底、石墨烯层、AlN溅射层、GaN薄膜层构成GaN基MIS器件的外延结构，石墨烯层、AlN溅射层、GaN薄膜层形成GaN基MIS结构，将GaN基MIS结构从外延结构中的蓝宝石衬底上转移下来并倒置于金属电极层上，形成GaN基MIS器件。

进一步优选，所述金属电极层可通过和GaN接触能形成欧姆接触的金属层实现。

进一步优选，所述GaN基MIS器件需要适当的偏置电压以实现在不同偏置电压不同的工作状态以达到增强载流子浓度的效果。

进一步优选，所述GaN基MIS器件中GaN作为半导体提供局域载流子，AlN溅射层作为电介质层以实现隧穿，石墨烯作为金属电极提供与半导体产生作用的载流子，通过石墨烯的弱范德瓦尔斯力实现自支撑并且基于GaN材料和石墨烯的特性实现柔性。