[发明专利]可调沟道宽度的金刚石可变阈值场效应晶体管及制备方法

说明书

本发明公开了一种可调沟道宽度的金刚石可变阈值场效应晶体管，包括N型金刚石衬底、P‑型金刚石外延层、P+型金刚石外延层、源电极、漏电极、栅介质层、栅电极以及背电极，其中，P‑型金刚石外延层设置在N型金刚石衬底上表面；在P‑型金刚石外延层上表面左右两侧分别设置P+型金刚石外延层，源电极和漏电极分别设置在左右两侧的P+型金刚石外延层上，P+型金刚石外延层分别与其上方的源电极和漏电极形成欧姆接触；栅介质层设置在P‑型金刚石外延层未被P+型金刚石外延层覆盖的上表面，栅电极设置在栅介质层的上表面；背电极设置在N型金刚石衬底下表面。本发明的金刚石场效应管具有高热导率、高抗辐照性、耗尽型与增强型灵活的可选择性等优势。

技术领域

本发明属于半导体场效应管技术领域，具体涉及一种可调沟道宽度的金刚石可变阈值场效应晶体管及制备方法，以实现金刚石场效应管能在耗尽型与增强型之间可控制地转换。

背景技术

金刚石作为一种超宽禁带半导体材料，被称为是“终极半导体”，它具有击穿电压高、热导率高、载流子迁移率高、抗辐照能力强等优点，在高温、高频、高功率电子器件应用方面具有很大的潜力。金刚石与硅材料一样属于四族半导体材料，其n型和p型半导体材料是通过掺杂硼和磷元素来实现的。

目前金刚石硼掺杂和磷掺杂的场效应晶体管器件已经被广泛报道。但由于沟道载流子浓度调控难度大，因此目前报道的器件均为耗尽型。增强型器件具有低功耗、安全性高的优点。金刚石增强型场效应晶体管也被广泛研究，但现有方法都是通过降低掺杂浓度、改变栅金属功函数及栅介质种类来实现的。该方法实现金刚石增强型器件难度大、成本高且工艺可重复性差。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种可调沟道宽度的金刚石可变阈值场效应晶体管及制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明的一个方面提供了一种可调沟道宽度的金刚石可变阈值场效应晶体管，包括N型金刚石衬底、P-型金刚石外延层、P+型金刚石外延层、源电极、漏电极、栅介质层、栅电极以及背电极，其中，

所述P-型金刚石外延层设置在所述N型金刚石衬底上表面；在所述P-型金刚石外延层上表面左右两侧分别设置所述P+型金刚石外延层，所述源电极和所述漏电极分别设置在左右两侧的所述P+型金刚石外延层上，所述P+型金刚石外延层分别与其上方的所述源电极和所述漏电极形成欧姆接触；

所述栅介质层设置在所述P-型金刚石外延层未被所述P+型金刚石外延层覆盖的上表面，所述栅电极设置在所述栅介质层的上表面且位于所述源电极与所述漏电极之间；

所述背电极设置在所述N型金刚石衬底下表面。

在本发明的一个实施例中，所述P-型金刚石外延层的掺杂浓度为1×10¹⁵～1×10¹⁶cm^-3；所述P+型金刚石外延层的掺杂浓度为1×10¹⁹～1×10²¹cm^-3。

在本发明的一个实施例中，所述N型金刚石衬底的掺杂元素为硼，所述P-型金刚石外延层和所述P+型金刚石外延层的掺杂元素均为磷。

在本发明的一个实施例中，所述N型金刚石衬底的厚度为200～300μm，所述P-型金刚石外延层和所述P+型金刚石外延层的厚度均为1～5μm。

在本发明的一个实施例中，所述源电极和所述漏电极均采用Au材料，厚度为50～100nm。

在本发明的一个实施例中，所述源电极和所述漏电极之间的间距为2～10μm。

在本发明的一个实施例中，所述栅电极采用Al\Au叠层金属，其中，Al金属层位于Au金属层下方，Al金属层的厚度为10～20nm，Au金属层的厚度为40～100nm。