一种微腔等离子体晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种微腔等离子体晶体管及其制备方法，微腔等离子体晶体管包括衬底、底电极、源电极、漏电极、微腔腔体、绝缘层、介质板和顶电极，导电媒介为微腔等离子体，通过微腔气体放电的方式产生，以微腔等离子体为媒介进行电流传导，实现驱动开关功能。微腔等离子体晶体管的制备方法，采用物理沉积的方式在衬底背面制备底电极，通过刻蚀的方式在衬底上获得微腔腔体，采用物理沉积的方式制备源电极、漏电极和栅极，最后通过封装的方法，形成带有微腔结构的等离子体晶体管器件。本发明专利技术所述的微腔等离子体晶体管器件相较于传统的晶体管器件，可有效提高晶体管器件在高温、高辐射、强电磁干扰下工作稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种微腔等离子体晶体管及其制备方法
本专利技术属于晶体管器件
，涉及一种微腔等离子体晶体管及其制备方法。
技术介绍
晶体管器件作为驱动电路中的控制元件，在现代电子
中具有举足轻重的地位。但是随着各种探测器在太空中的应用越发频繁，传统的固态晶体管器件在高温、高辐射、强电磁干扰环境中会产生热激发/辐射激发电流而造成工作效率降低，甚至工作状态紊乱。真空电子器件具有抗辐射、耐高温、电子迁移率高的特点，但它在功率及寿命等方面的问题制约着该类器件在晶体管应用中的发展。微机电系统(MEMS)及纳机电系统(NEMS)可以在恶劣环境中保持较高的稳定性，但是它们的工作频率及功率远远无法满足目前高速晶体管的要求。因此，研究开发适用于高温、高辐射环境，驱动功率高，兼容半导体集成工艺的新型开关器件，是军事和重要民用领域的迫切需要，特别是在涉及国家经济安全、国防安全等战略性产业领域，显得尤为关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种微腔等离子体晶体管器件结构设计及其制备方法，该器件可解决传统的晶体管器件在高温、高辐射、强电磁干扰环境中会产生热激发/辐射激发电流而造成工作效率降低，甚至工作状态紊乱的问题。本专利技术是通过以下技术方案来实现：本专利技术公开的一种微腔等离子体晶体管，包括：底电极、衬底、介质板和作为栅极的顶电极；底电极设在衬底的底面，介质板设在衬底的顶面，顶电极位于介质板的顶面；在衬底中开设有微腔腔体，衬底的顶面和微腔腔体的内表面上均涂覆有绝缘层；在微腔腔体内设有源电极和漏电极，源电极和漏电极相对而设，且在微腔腔体与介质板所形成的密封空间内填充有用于产生微腔等离子体的放电气体；源电极由外接直流电源VS驱动，漏电极由外接直流电源VD驱动，顶电极与底电极通过外接交流电源VG连通，当VG大于放电气体的着火电压时，微腔腔体内产生微腔等离子体，使源电极和漏电极导通。优选地，放电气体为空气或稀有气体，稀有气体采用一种或多种，放电气体的气压为1mTorr～760Torr。优选地，衬底采用硅衬底或玻璃衬底；绝缘层采用氧化硅层或氮化硅层，厚度为100nm～5μm；介质板采用玻璃，厚度为100～500μm。优选地，顶电极、底电极、源电极和漏电极均采用导电材料制成；所述导电材料为金、银、铜或氧化铟锡，各电极的厚度为100nm～5μm。优选地，微腔腔体的高度为10～1000μm，长度为10～1000μm，宽度为10～1000μm。本专利技术还公开了制备上述的微腔等离子体晶体管的方法，包括以下步骤：1)清洗衬底；2)在衬底的底面通过物理沉积的方式制备金属电极作为底电极；3)在衬底上制作微腔腔体；4)在衬底开设微腔腔体的表面上制备绝缘层；5)通过物理沉积的方式在微腔腔体内的绝缘层表面上制备源电极和漏电极；6)将微腔腔体进行切割，切割完全结束后，对微腔腔体进行清洗处理；7)在沉底上方的绝缘层上放置介质板，在介质板上表面通过物理沉积的方式制备顶电极；8)将衬底与介质板进行封接。优选地，在步骤2)、步骤5)和步骤7)中，所述物理沉积的方式为磁控溅射或热蒸发。优选地，在步骤3)中，采用激光刻蚀或离子束刻蚀的方法制备出所需的微腔腔体。优选地，在步骤4)中，绝缘层为氧化硅层时，通过干氧氧化工艺或湿氧氧化工艺生成；绝缘层为氮化硅层时，通过低压化学气相沉积法制备。优选地，在步骤1)，使用丙酮、异丙醇以及去离子水依次对衬底进行超声清洗处理，并用压缩氮气对清洗过的衬底进行吹干；在步骤6)中，使用异丙醇和去离子水依次对微腔腔体进行超声清洗处理，并用压缩氮气对清洗过的微腔腔体进行吹干。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术公开的微腔等离子体晶体管器件结构，包括衬底，在衬底下方设置底电极，在衬底内部设有微腔腔体，在微腔腔体内部设有源电极和漏电极，在衬底的上方设有介质板，在介质板上方设置顶电极，顶电极作为栅极，当顶电极和底电极之间所形成的电压大于微腔腔体中放电气体的着火电压时，源电极和漏电极之间产生微腔等离子体，微腔腔体内部存在大量带电粒子，带电粒子在漏电极电场的作用下产生定向移动，漏电极与源电极导通。利用微腔等离子体在大气压和高于大气压时稳定持续地产生活性粒子及光子的特征，将半导体器件和微腔等离子体器件的特征集成在一起，源电极和漏电极的导电媒介是微腔等离子体，微腔等离子体通过气体放电的方式产生，以微腔等离子体为媒介进行电流传导，以提高晶体管的在高温、高辐射、强电磁干扰下的工作的可靠性和稳定性，使得本专利技术的晶体管器件可适应高温、高辐射及强电磁干扰环境。从根本上改善晶体管器件在恶劣应用环境中的应用可靠性及稳定性，在航空航天及国防领域的驱动控制方面将发挥重要作用。进一步，放电气体采用空气或稀有气体，利用了气体通电产生等离子体，或稀有气体通电发光的物理性质。进一步，所述顶电极、底电极、源电极和漏电极采用金、银、铜或氧化铟锡，电极具体采用何种导电材料，根据实际需求而定。本专利技术公开的微腔等离子体晶体管器件制备方法，基于半导体器件加工工艺。首先清洗衬底，后通过物理沉积的方式在衬底背面淀积底电极，然后在衬底上制作微腔腔体结构，在微腔腔体表面上制作绝缘层，再采用物理沉积的方式在绝缘层表面制备源电极和漏电极，将微腔腔体进行分割，在介质板上通过物理沉积的方式制备栅极，最后将衬底与含有栅极的介质板进行封接。由于微腔等离子体的物理特性决定了微腔等离子体晶体管器件的工作特性，而微腔等离子体的物理特性与微腔腔体结构参数、工作气体参数及驱动参数等密切相关。因此，该方法可以通过调整相关参数，获得不同工作特性的晶体管器件，从而适应不同的使用需求。进一步，通过磁控溅射或热蒸发的方式将固体材料转化为气相物质沉积到基体表面，以制备出电极，使制出的电极与基体具有强的附着力。进一步，采用激光刻蚀或离子束刻蚀的方法在衬底上制备微腔腔体，采用光刻技术可以满足半导体器件高精度要求。进一步，采用干氧氧化工艺或湿氧氧化工艺制备的氧化硅层及低压化学气相沉积法制备的氮化硅层，结构致密，表面平整光亮，对杂质掩蔽能力强，使得绝缘层表面对光刻胶的粘附好。附图说明图1为本专利技术中的微腔等离子体晶体管结构示意图；图2为本专利技术中的微腔等离子体晶体管驱动原理示意图；图3为为底电极的制作流程图；图4为微腔腔体的制作流程图；图5为源电极和漏电极的制作流程图；图6为为顶电极的制作流程图；其中，100为衬底，110为底电极，121为源电极，122为漏电极，123为微腔腔体，130为绝缘层，140为介质板，150为顶电极。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。如图1所示，一种微腔等离子体晶体管，包括从下而上依次设置的底电极110、衬底100、介质板140和作为栅极的顶电极150；底电极110设在衬底100的底面，介质板140设在衬底100的顶面，顶电极150位于介质板140的顶面；衬底100中开设有微腔腔体123，微腔腔体123与介质板140所形成的密封空间内充满了放电气体；微腔腔体123内设有源电极121和漏电极122，源电极121和漏电极122相对设置；衬底100的顶面和微腔腔体123的内表面上覆有绝缘层130。如图2所示，当源电极121和漏电极122通过外部直流驱动源连通，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微腔等离子体晶体管，其特征在于，包括：底电极(110)、衬底(100)、介质板(140)和作为栅极的顶电极(150)；底电极(110)设在衬底(100)的底面，介质板(140)设在衬底(100)的顶面，顶电极(150)位于介质板(140)的顶面；在衬底(100)中开设有微腔腔体(123)，衬底(100)的顶面和微腔腔体(123)的内表面上均涂覆有绝缘层(130)；在微腔腔体(123)内设有源电极(121)和漏电极(122)，源电极(121)和漏电极(122)相对而设，且在微腔腔体(123)与介质板(140)所形成的密封空间内填充有用于产生微腔等离子体的放电气体；源电极(121)由外接直流电源VS驱动，漏电极(122)由外接直流电源VD驱动，顶电极(150)与底电极(110)通过外接交流电源VG连通，当VG大于放电气体的着火电压时，微腔腔体(123)内产生微腔等离子体，使源电极(121)和漏电极(122)导通。

【技术特征摘要】
1.一种微腔等离子体晶体管，其特征在于，包括：底电极(110)、衬底(100)、介质板(140)和作为栅极的顶电极(150)；底电极(110)设在衬底(100)的底面，介质板(140)设在衬底(100)的顶面，顶电极(150)位于介质板(140)的顶面；在衬底(100)中开设有微腔腔体(123)，衬底(100)的顶面和微腔腔体(123)的内表面上均涂覆有绝缘层(130)；在微腔腔体(123)内设有源电极(121)和漏电极(122)，源电极(121)和漏电极(122)相对而设，且在微腔腔体(123)与介质板(140)所形成的密封空间内填充有用于产生微腔等离子体的放电气体；源电极(121)由外接直流电源VS驱动，漏电极(122)由外接直流电源VD驱动，顶电极(150)与底电极(110)通过外接交流电源VG连通，当VG大于放电气体的着火电压时，微腔腔体(123)内产生微腔等离子体，使源电极(121)和漏电极(122)导通。2.根据权利要求1所述的一种微腔等离子体晶体管，其特征在于，放电气体为空气或稀有气体，稀有气体采用一种或多种，放电气体的气压为1mTorr～760Torr。3.根据权利要求1所述的一种微腔等离子体晶体管，其特征在于，衬底(100)采用硅衬底或玻璃衬底；绝缘层(130)采用氧化硅层或氮化硅层，厚度为100nm～5μm；介质板(140)采用玻璃，厚度为100～500μm。4.根据权利要求1所述的一种微腔等离子体晶体管，其特征在于，顶电极(150)、底电极(110)、源电极(121)和漏电极(122)均采用导电材料制成；所述导电材料为金、银、铜或氧化铟锡，各电极的厚度为100nm～5μm。5.根据权利要求1所述的一种微腔等离子体晶体管，其特征在于，微腔腔体(123)的高度为10～1000μm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王耀功，周琛捷，张小宁，周璇，王文江，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61