The invention provides a preparation method of high frequency GaN/graphene heterojunction hot electron transistor, which belongs to the technical field of semiconductor devices. In this method, a heterostructure of three element nitride three element alloy is first grown on the substrate to form a heterostructure as the emitter and the first barrier layer, and the electrode is grown by photolithography on the heterojunction. The device is insulated by ion etching, the transfer of graphene to the heterojunction surface is used as the base area, and the base area is formed by the lithography technology. Finally, PEALD was used to grow GaN film on graphene as the second barrier layer, and the metal collector area was formed on the surface. By using PEALD to deposit GaN on graphene as a second barrier layer, it combines graphene with GaN based wide band gap semiconductor materials and plays the advantages of two material systems, effectively improving the performance of the thermo electronic transistors and reducing the size of the devices. The method has low thermal budget and little damage to graphene, effectively avoiding the damage caused by the device in the production process.
【技术实现步骤摘要】
一种高频氮化镓/石墨烯异质结热电子晶体管的制备方法
本专利技术涉及半导体器件
,特别是指一种高频氮化镓/石墨烯异质结热电子晶体管的制备方法。
技术介绍
GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点,是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料,并与SiC、金刚石等半导体材料一起,被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好(几乎不被任何酸腐蚀)等性质和强的抗辐照能力,在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。然而,GaN基半导体的发展仍有很大空间,人们一直在寻找能够解决GaN半导体材料“高密度位错、工作速度慢、散热性能不良、高集成和互联难度大”这些问题的解决途径。GaN/AlGaN等氮化镓异质结材料形成的二维电子气的电子密度高,有利于实现大功率,使用AlGaN/GaN异质结制成的高电子迁移率晶体管(HEMT)在高温大功率方面有非常好的应用前景,是目前国际国内的研究热点。单层石墨烯的厚度仅为0.34nm,是人类目前为止发现的最薄的二维材料。由于其十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性,在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展。作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,石墨烯被称为“黑金”,是“新材料之王”,科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。与常规的双极晶体管依靠电子和空穴载流子工作有所不同,热电子晶 ...
【技术保护点】
1.一种高频氮化镓/石墨烯异质结热电子晶体管的制备方法,其特征在于:包括步骤如下:(一)在GaN衬底上生长Ⅲ族氮化物三元合金材料形成异质结构作为发射区和第一势垒层,并在异质结上通过光刻技术生长电极;(二)用离子刻蚀技术进行器件绝缘化;(三)转移石墨烯至步骤(一)中异质结构表面作为基区,通过光刻技术形成基区电极;(四)使用PEALD在步骤(三)中的石墨烯上生长GaN薄膜作为第二势垒层,并在GaN薄膜表面形成金属集电区,完成高频石墨烯/氮化镓结构的热电子晶体管制备。
【技术特征摘要】
1.一种高频氮化镓/石墨烯异质结热电子晶体管的制备方法,其特征在于:包括步骤如下:(一)在GaN衬底上生长Ⅲ族氮化物三元合金材料形成异质结构作为发射区和第一势垒层,并在异质结上通过光刻技术生长电极;(二)用离子刻蚀技术进行器件绝缘化;(三)转移石墨烯至步骤(一)中异质结构表面作为基区,通过光刻技术形成基区电极;(四)使用PEALD在步骤(三)中的石墨烯上生长GaN薄膜作为第二势垒层,并在GaN薄膜表面形成金属集电区,完成高频石墨烯/氮化镓结构的热电子晶体管制备。2.根据权利要求1所述的高频氮化镓/石墨烯异质结热电子晶体管的制备方法,其特征在于:所述步骤(一)中在GaN衬底上通过MOCVD沉积Ⅲ族氮化物三元合金材料薄膜层形成异质结构,沉积的薄膜层厚度为10~15nm;步骤(一)中异质结构以GaN和Ⅲ族氮化物三元合金材料的交界面作为发射区,以Ⅲ族氮化物三元合金材料作为第一势垒层。3.根据权利要求1所述的高频氮化镓/石墨烯异质结热电子晶体管的制备方法,其特征在于:所述步骤(一)中发射区的发射电极为Ti/Al/Ni/Au,Ti/Al/Mo/Au,Ti/Al/Ti/Au金属叠层中的一种,采用lift-off工艺形成;lift-off工艺的具体过程为:(1)在生长的异质结表面旋涂光刻胶,定义出电极的位置和形状;(2)利用显影技术将需要生长发射区电极位置的光刻胶去除;(3)利用电子束蒸发方式在步骤(2)获得的图形表面逐层生长金属,随后放入丙酮中,去除光刻胶及光刻胶上金属,获得发射电极。4.根据权利要求3所述的高频氮化镓/石墨烯异质结热电子晶体管的制备方法,其特征在于:所述步骤(一)中形成发射区的发射电极采用lift-off工艺形成后...
【专利技术属性】
技术研发人员:何荧峰,郑新和,彭铭曾,卫会云,刘三姐,李美玲,宋祎萌,仇鹏,安运来,王瑾,
申请(专利权)人:北京科技大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。