[发明专利]二极管及其制备方法

说明书

本公开提供了一种基底；至少一个第一电极，第一电极形成于基底之上；至少一个第二电极，第二电极形成于基底之上，且与第一电极间隔开；以及半导体沟道层，至少设置在第一电极和第二电极之间，其中，沟道层形成有第一类型掺杂区和第二类型掺杂区。本公开还提供了一种二极管的制备方法。

技术领域

本公开涉及半导体技术领域，特别涉及一种二极管及其制备方法。

背景技术

通常二极管如硅基或铟砷化镓(InGaAs)等，通过化学元素掺杂的方式构建p区和n区，形成有效的耗尽区。但是，对于部分半导体材料，特别是低维材料(如碳纳米管、二维材料等)，形成均匀、可控的化学掺杂极具挑战性。一方面采用离子注入等方式会破坏材料的完美晶格结构，另一方面这类半导体材料只有少数几个原子层，很难精准调控掺杂浓度、深度等。

针对以上问题，科研人员开发了接触掺杂、底栅静电掺杂等方式来构建pn二极管。

例如，采用金属钯和钪与碳纳米管接触构建了p、n掺杂区，形成无势垒二极管，但其pn结只分布在电极附近100纳米处，器件的整流比低。

再如，分别对沟道材料的不同区域施加+12伏和-12伏的栅压实现p、n静电掺杂，构建了分离栅结构的二极管。虽然展示了很好的整流特性，但这种器件结构复杂、也很难与其他元件集成。

又如，开发了栅介质静电掺杂的方式，即通过调整栅介质的成份和制备工艺、利用静电力作用调控半导体的费米能级，实现对半导体场效应晶体管阈值的调控。但这种栅介质掺杂方式只能实现在沟道中进行一种载流子的静电掺杂，并未能同时实现p、n掺杂以及二极管的构建。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种二极管及其制备方法。

本公开的一个方面提供了一种二极管，可包括：基底；至少一个第一电极，第一电极形成于基底之上；至少一个第二电极，第二电极形成于基底之上，且与第一电极间隔开；以及半导体沟道层，至少设置在第一电极和第二电极之间，其中，沟道层形成有第一类型掺杂区和第二类型掺杂区，第一类型掺杂区形成在沟道层的第一部分区域，并且与第一电极对应设置，第一类型掺杂区的第一类型掺杂基于设置在第一部分区域之上的第一介质层实现；以及第二类型掺杂区设置在沟道层的第二部分区域，第一区域与第二区域为沟道层的不同区域，并且第一类型掺杂与第二类型掺杂区的第二类型掺杂为不同类型的掺杂。

在一些实施方式中，第一介质层由带有空间电荷的第一介质材料形成。

在一些实施方式中，第一介质层为氮化物或氧化物。

在一些实施方式中，沟道层由碳纳米管构成。

在一些实施方式中，第二类型掺杂区通过接触掺杂、自然掺杂或者基于第二介质层实现第二类型掺杂。

在一些实施方式中，第一介质层由能够将第一类型掺杂区构成n掺杂区的第一介质材料形成，并且第二类型掺杂区为p掺杂区。

在一些实施方式中，在沟道层设置第二介质层，以便形成第二类型掺杂区，并且在第二介质层之上设置第一介质层，以便形成第一类型掺杂区。

在一些实施方式中，第一介质层及第二介质层作为钝化层。

在一些实施方式中，第二介质层的一部分设置在第二电极之上，第一介质层的一部分设置在第一电极之上；或者第二介质层的一部分设置在第二电极和第一电极之上，第一介质层设置第二介质层之上。

在一些实施方式中，还包括栅极，栅极被控制为能够改变沟道层中的载流子浓度从而调控二极管的输出特性。