[发明专利]一种阈值电压正向偏移的氧化镓晶体管及其制备方法

说明书

本发明实施例公开了一种阈值电压正向偏移的氧化镓晶体管及其制备方法，氧化镓晶体管包括栅电极、栅介质层、沟道层、源电极和漏电极，其特征在于，所述栅介质层的材料选自高k栅介质材料；所述沟道层为至少具有氮掺杂的氧化镓沟道层，和/或，氧化镓/IGZO异质结沟道层。本发明通过对晶体管材料及其制备方法的相应改进，基于简单的工艺步骤，即可使制得的氧化镓晶体管保持高导通电流的同时在低偏置电压下快速开关，最终实现了具有小数值的正数阈值电压的增强型氧化镓晶体管，且整个制备过程的灵活性高，成本低。

技术领域

本发明实施例涉及半导体技术领域，具体涉及一种阈值电压正向偏移的氧化镓晶体管及其制备方法。

背景技术

氧化镓是一种超宽带隙半导体，具有超过4.5eV的禁带宽度和5-9MV/cm的击穿场强，在高功率电子领域和国防领域具有巨大的应用价值。目前，氧化镓晶体管通常是通过分子束外延(MBE)和金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)等方法制备，且大部分为耗尽型的氧化镓晶体管。对于氧化镓晶体管来说，耗尽型的工作模式不利于在高压高功率工作环境下的安全操作和能源节约。

为了实现氧化镓晶体管的常关模式，目前有些方法已经被采用，包括降低氧化镓沟道层的载流子数量和设计复杂的器件结构等，这些方法一般工艺步骤复杂、成本高、灵活性受限，不适合在工业生产中广泛使用。因此，仍然需要一种可以使阈值电压正向偏移实现增强型氧化镓晶体管的简便方法。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种阈值电压正向偏移的氧化镓晶体管及其制备方法，通过对晶体管材料及其制备方法的相应改进，基于简单的工艺步骤，即可使制得的氧化镓晶体管保持高导通电流的同时在低偏置电压下快速开关，最终实现了具有小数值的正数阈值电压的增强型氧化镓晶体管，且整个制备过程的灵活性高，成本低。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

在本发明实施例的一个方面，提供一种阈值电压正向偏移的氧化镓晶体管，包括栅电极、栅介质层、沟道层、源电极和漏电极，所述栅介质层的材料选自高k栅介质材料；

所述沟道层为至少具有氮掺杂的氧化镓沟道层，和/或，氧化镓/IGZO异质结沟道层。

作为本发明的一种优选方案，所述高k栅介质材料选自Ta₂O₅、HfO₂和La₂O₃中的至少一种。

作为本发明的一种优选方案，所述高k栅介质材料选自Ta₂O₅。

作为本发明的一种优选方案，所述氧化镓选用具有Si或Sn掺杂的氧化镓材料。

作为本发明的一种优选方案，所述氧化镓由经磁控溅射生长的Sn掺杂氧化镓材料提供。

作为本发明的一种优选方案，所述沟道层为氧化镓/IGZO异质结沟道层，且所述氧化镓为前沟道层，所述IGZO为背沟道层。

作为本发明的一种优选方案，所述栅电极采用重掺杂硅；

所述源电极和所述漏电极为Cr/Ag金属。

在本发明实施例的另一个方面，还提供了一种根据上述所述的氧化镓晶体管的制备方法，包括：

采用磁控溅射的方法生长高k栅介质层；

采用磁控溅射的方法生长氮掺杂的氧化镓作为晶体管沟道层，或者，

采用磁控溅射方法生长氧化镓和IGZO分别作为前沟道层和背沟道层形成的氧化镓/IGZO异质结沟道层作为晶体管沟道层。