n型掺杂金刚石场板结构的场效应晶体管制造技术

本发明专利技术公开了n型掺杂金刚石场板结构的场效应晶体管，包括金刚石衬底，金刚石衬底上铺设有由n型掺杂单晶金刚石外延薄膜形成的台面，台面上沉积有两个条形的介质层，沿各介质层和台面的外沿分别铺设有漏极和源极，在两个介质层之间铺设有栅极，介质层、漏极、源极和栅极形成场板结构，源极、漏极和栅极上分别沉积有源引出电极、漏引出电极和栅引出电极，源引出电极、漏引出电极和栅引出电极之间通过钝化层相互完全分隔；本发明专利技术在金刚石MESFET的源栅漏电极边缘引入场板结构，有效的降低了电场集中效应，增大了器件的耐压特性，有效减弱器件源、栅、漏边缘的电场集中现象，提高了器件击穿电压性能。

N-type doped diamond field-effect transistor

【技术实现步骤摘要】
n型掺杂金刚石场板结构的场效应晶体管
本专利技术属于半导体器件领域，尤其涉及n型掺杂金刚石场板结构的场效应晶体管。
技术介绍
金刚石作为超宽禁带半导体材料的代表之一，在热、电、声、光、机械等方面具有其他半导体材料不可比拟的优异性能。在热学方面，金刚石热导率高、热熔小、尤其是高温时的散热效能更为显著，是散热极好的热沉材料，近年来，高热导金刚石薄膜制备技术的发展，使金刚石热沉积在大功率激光器、微波器件和集成电路上的应用变成现实；在声学领域，金刚石具有低的密度和高的弹性模量，这些特点使得金刚石可以作为高保真扬声器高音单元的振膜，从而生产出高档音响扬声器，以及声表面波(SAW)器件的衬底材料；在光学领域，金刚石除大约在3～5um位置存在微小吸收峰(由声子震动引起)外，从紫外线(0.22um)到远红外(毫米波段)整个波段都具有高的透过率，这使得金刚石可以作为大功率红外激光器和探测器的理想窗口材料；在电学方面，金刚石具有较高的禁带宽度、超高的击穿电压、高的Johnson指数、高的Keyes指数、高的Baliga指数、较大的电子迁移率以及空穴迁移率，因此，使用金刚石材料可以制作超高频、超大功率电子器件。现代社会科技和经济的飞速发展离不开集成电路的发展，而作为集成电路中的最基本的单元——场效应晶体管更是具有举足轻重的作用。从器件结构上分类，场效应晶体管可以分为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和金属半导体场效应晶体管(MESFET)。前者在大功率领域应用较多，后者在高频领域应用较多，但是随着半导体技术的发展和电子电路的复杂性提高，高频器件同时也要具备大功率特性，即对高频器件耐压性能的要求也越来越高。目前，金刚石掺杂技术虽然不是十分的成熟，但是通过掺入常规掺杂剂，已经可以初步实现不同类型的掺杂，例如：硼元素和磷元素的掺入可以实现p和n型掺杂单晶金刚石。使用掺杂金刚石初步可以实现电子器件的制备。金刚石具有大的禁带宽度，高的电子空穴迁移率，高的热导率等优点，使得金刚石可以用在高频高功率领域。当使用MESFET结构时，由于电场集中效应使得源栅漏电极边缘具有高的电场，容易在这些部位产生硬击穿现象。MESFET的硬击穿是不可逆的，轻则损坏单个器件的正常功能，重则造成庞大的集成电路瘫痪。在半导体器件领域，通过场板结构可以有效的扩展电极边缘的耗尽区，减弱电极边缘电场集中效应，实现耐压值的增加。因此，在掺杂金刚石MESFET的源栅漏电极中使用场板结构可以有效的降低电场集中效应，增大器件的耐压特性，对于金刚石器件在高频高功率方面的应用十分的必用和紧迫。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供n型掺杂金刚石场板结构的场效应晶体管，以解决现有源栅漏电极边缘容易产生硬击穿的问题。本专利技术采用以下技术方案：n型掺杂金刚石场板结构的场效应晶体管，包括金刚石衬底，金刚石衬底上铺设有由n型掺杂单晶金刚石外延薄膜形成的台面，台面上沉积有两个条形的介质层，沿各介质层和台面的外沿分别铺设有漏极和源极，在两个介质层之间铺设有栅极，介质层、漏极、源极和栅极形成场板结构，源极、漏极和栅极上分别沉积有源引出电极、漏引出电极和栅引出电极，源引出电极、漏引出电极和栅引出电极之间通过钝化层相互完全分隔。进一步地，栅极覆盖部分的介质层和部分的台面。进一步地，栅极的短边外沿超出台面的外沿，或与台面的外沿平齐。进一步地，栅极与台面为肖特基接触。进一步地，源极的剖面成L形，L形的一部分为直接覆盖在金刚石衬底上、且L形的另一部分覆盖在介质层和部分的台面上。进一步地，漏极的剖面成L形，L形的一部分为直接覆盖在金刚石衬底上、且L形的另一部分覆盖在介质层和部分的台面上。进一步地，源极和漏极的短边外沿均超出台面的外沿，或与台面的外沿平齐。进一步地，源极和漏极与台面均为欧姆接触。进一步地，钝化层还覆盖金刚石衬底上除源引出电极、漏引出电极和栅引出电极之外的裸露部位。进一步地，两个介质层的短边外沿均超出台面的外沿，或与台面的外沿平齐。本专利技术的有益效果是：在金刚石MESFET的源栅漏电极边缘引入场板结构，有效的降低了电场集中效应，增大了器件的耐压特性，有效减弱器件源、栅、漏边缘的电场集中现象，提高了器件击穿电压性能；通过设置场板结构可以提高器件的击穿电压，因为场板结构可以将场板下方的电场分布均匀，使得电场集中现象消除，增加器件的击穿电压，使得源栅漏电极边缘不易产生硬击穿。【附图说明】图1为本专利技术中的晶体管结构示意图；图2为本专利技术中步骤1的俯视图和侧视图；图3为本专利技术中步骤2的俯视图和侧视图；图4为本专利技术中步骤3的俯视图和侧视图；图5为本专利技术中步骤4的俯视图和侧视图；图6为本专利技术中步骤5的俯视图和侧视图；图7为本专利技术中步骤6的俯视图和侧视图；图8为本专利技术中步骤7的俯视图和侧视图；图9为本专利技术中步骤8的俯视图和侧视图；图10为本专利技术中步骤9的俯视图和侧视图。其中：1.金刚石衬底；2.n型掺杂单晶金刚石外延薄膜；3.台面；4.场板结构；5.源极；6.漏极；7.栅极；8.钝化层；9.源引出电极；10.漏引出电极；11.栅引出电极。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术公开了一种n型掺杂金刚石场板结构的场效应晶体管，如图1所示，包括金刚石衬底1，金刚石衬底1上铺设有由n型掺杂单晶金刚石外延薄膜2形成的台面3，台面3上铺设有两个条形的介质层4，沿各介质层4和台面3的外沿分别铺设有漏极6和源极5，在两个介质层4之间铺设有栅极7，介质层4、漏极6、源极5和栅极7形成场板结构，源极5、漏极6和栅极7上分别沉积有源引出电极9、漏引出电极10和栅引出电极11，源引出电极9、漏引出电极10和栅引出电极11之间通过钝化层8相互完全分隔。栅极7覆盖部分的介质层4和部分的台面3，栅极7的短边外沿超出台面3的外沿，或与台面3的外沿平齐，栅极7与台面3为肖特基接触，漏极6的剖面成L形，L形的一部分为直接覆盖在金刚石衬底1上、且L形的另一部分覆盖在介质层4和部分的台面3上。漏极6的剖面成L形，L形的一部分为直接覆盖在金刚石衬底1上、且L形的另一部分覆盖在介质层4和部分的台面3上，源极5、漏极6和介质层4的短边外沿均超出台面3的外沿，或与台面3的外沿平齐；源极5和漏极6与台面3均为欧姆接触。钝化层8还覆盖金刚石衬底1上除源引出电极9、漏引出电极10和栅引出电极11之外的裸露部位。通过设置场板结构可以提高器件的击穿电压，因为场板结构可以将场板下方的电场分布均匀，使得电场集中现象消除，增加器件的击穿电压。本专利技术的n型掺杂单晶金刚石场板结构的场效应晶体管的制备方法如下：步骤1：去除金刚石衬底1表面非金刚石相。步骤2：在金刚石衬底1上生长出一层n型掺杂单晶金刚石外延薄膜2。步骤3：将n型掺杂单晶金刚石外延薄膜2刻蚀形成台面3。步骤4：在台面3上沉积两个条形的介质层4。步骤5：沿各介质层4和台面3的外沿分别形成漏极6和源极5。步骤6：在两个介质层4之间形成栅极7，最终形成场板结构。步骤7：使用钝化层8覆盖所有结构。步骤8：去除源极5、漏极6和栅极7上的部分钝化层8形成通孔。步骤9：沿通孔在源极5、漏极6和栅极7上沉积源引出电极9、漏引出电极10和栅引出电极11。其中，步骤1中金刚石衬底1为本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.n型掺杂金刚石场板结构的场效应晶体管，其特征在于，包括金刚石衬底(1)，所述金刚石衬底(1)上铺设有由n型掺杂单晶金刚石外延薄膜(2)形成的台面(3)，所述台面(3)上沉积有两个条形的介质层(4)，沿各所述介质层(4)和台面(3)的外沿分别铺设有漏极(6)和源极(5)，在两个所述介质层(4)之间铺设有栅极(7)，所述介质层(4)、漏极(6)、源极(5)和栅极(7)形成场板结构，所述源极(5)、漏极(6)和栅极(7)上分别沉积有源引出电极(9)、漏引出电极(10)和栅引出电极(11)，所述源引出电极(9)、漏引出电极(10)和栅引出电极(11)之间通过钝化层(8)相互完全分隔。

【技术特征摘要】
1.n型掺杂金刚石场板结构的场效应晶体管，其特征在于，包括金刚石衬底(1)，所述金刚石衬底(1)上铺设有由n型掺杂单晶金刚石外延薄膜(2)形成的台面(3)，所述台面(3)上沉积有两个条形的介质层(4)，沿各所述介质层(4)和台面(3)的外沿分别铺设有漏极(6)和源极(5)，在两个所述介质层(4)之间铺设有栅极(7)，所述介质层(4)、漏极(6)、源极(5)和栅极(7)形成场板结构，所述源极(5)、漏极(6)和栅极(7)上分别沉积有源引出电极(9)、漏引出电极(10)和栅引出电极(11)，所述源引出电极(9)、漏引出电极(10)和栅引出电极(11)之间通过钝化层(8)相互完全分隔。2.根据权利要求1所述的n型掺杂金刚石场板结构的场效应晶体管，其特征在于，所述栅极(7)覆盖部分的介质层(4)和部分的台面(3)。3.根据权利要求1或2所述的n型掺杂金刚石场板结构的场效应晶体管，其特征在于，所述栅极(7)的短边外沿超出所述台面(3)的外沿，或与台面(3)的外沿平齐。4.根据权利要求1或2所述的n型掺杂金刚石场板结构的场效应晶体管，其特征在于，所述栅极(7)与台面(3)为肖特基接触。5.根据权利要求4所述的n型掺杂金刚石场板结构的场效应...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏兴，王艳丰，常晓慧，王玮，宋王振，赵丹，刘璋成，王若铮，侯洵，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61