[发明专利]一种碳化硅基高阻值电阻器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳化硅基高阻值电阻器，包括半绝缘4H‑SiC型碳化硅衬底，所述碳化硅衬底的硅面和碳面上设置有对称的原子级厚度的氧化铝绝缘层，所述氧化铝绝缘层的厚度为0.2nm‑2nm，所述氧化铝绝缘层的两侧蒸镀导电的金属电极，所述金属电极的厚度为100nm‑500nm。本发明采用上述结构的一种碳化硅基高阻值电阻器，在半绝缘碳化硅衬底上制作欧姆接触电极，获得阻值在100TΩ以上的电阻，满足精密测量行业的需要。

技术领域

本发明属于半导体电阻元件技术领域，具体涉及一种碳化硅基高阻值电阻器及其制备方法。

背景技术

电阻器是利用电流流过物质时受到一定的阻碍效应而制成的器件，它能在电路中起到限制电流通过的效果。电阻器为二端电子元件，是电子电路中最重要的一类元件，在电路中可作为分流器和分压器使用，也可作电路匹配负载。目前市场上电阻器种类繁多，按照阻值特性，电阻器可分为固定电阻器、可调电阻器、敏感电阻器等。电阻器的阻值跨度范围很大，可低至1mΩ以下，也可高至100TΩ以上。

高阻值电阻器用途广泛，尤其是在微电流检测与产生方面。人类探索微电流世界的过程从pA级到fA，再到aA，现已经进入单个电子时代。高阻值电阻器是成功进行微电流检测的必须元件，微电流检测电路的绝缘泄露电阻必须比被测电路的戴文宁等效电阻高几个数量级。此外，精密弱电流的产生也离不开高阻值电阻器。当测试的电流越精密，或者想产生更微弱的电流时，就必须用到阻值更高的电阻。显然，电流的测试精度和产生精度直接取决于电阻的阻值高低。例如，1pA电流的测量需要使用阻值为100GΩ的电阻器，相应地，1fA电流的测量则需要使用阻值为100TΩ的电阻器，aA及更低电流的测量则需使用阻值在1PΩ以上的电阻器。

高阻值电阻器通常由电阻率比较高的材料制成，例如金属氧化膜、有机材料。其中有机材料特氟龙是10fA以上电流测量中最为常见的电阻器材料，它的主要缺点是当发生变形时，内部会出现电荷，从而引起虚假的电压和电流。有机材料聚苯乙烯、聚乙烯的体电阻率与特氟龙接近，但是聚苯乙烯在高湿度下阻值会下降，而聚乙烯在高温下会熔化。蓝宝石是最好的绝缘材料，常用于10^-18A到10^-15A范围电流的应用中，其限制因素主要在于高昂的价格及复杂的制作工艺。

碳化硅是一种宽禁带半导体材料，在高温、高压、高频和强辐射等极端环境下，具有较好的稳定性。碳化硅衬底有两种类型，一种是导电型，一种是半绝缘型。其中，半绝缘型碳化硅具有极低的本征载流子浓度，基于此可以开发出高阻值电阻器。碳化硅基高阻值电阻器作为高阻元件的一种实现方案，与其它材料制成的高阻元件相比，它与碳化硅晶体管的制作工艺兼容，有望实现适应极端环境的碳化硅集成电路，推动精密测量技术在极端环境下取得重大革新。如果直接在碳化硅衬底上制作金属电极，会得到肖特基接触，而非欧姆接触。顶部和底部都形成肖特基接触的碳化硅两端元件，具有非线性伏安特性，无法作为高阻值电阻器使用。因此，在半绝缘碳化硅衬底上制作具有欧姆接触特性的金属电极，是获得高阻值电阻器的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳化硅基高阻值电阻器及其制备方法，在半绝缘碳化硅衬底上制作欧姆接触电极，获得阻值在100TΩ以上的电阻，满足精密测量行业的需要。

为实现上述目的，本发明提供了一种碳化硅基高阻值电阻器，包括半绝缘4H-SiC型碳化硅衬底，所述碳化硅衬底的硅面和碳面上设置有对称的原子级厚度的氧化铝绝缘层，所述氧化铝绝缘层的厚度为0.2nm-2nm，所述氧化铝绝缘层的两侧蒸镀导电的金属电极，所述金属电极的厚度为100nm-500nm。优选的，所述金属电极选用金、银、铜或铝中的一种或多种。

一种碳化硅基高阻值电阻器的制备方法，步骤如下：

步骤一：选定一定厚度和电阻率的半绝缘4H-SiC型碳化硅衬底，通过原子力显微镜对衬底进行碳面与硅面的标定；