双势垒肖特基二极管的制备方法技术

本公开提供一种双势垒肖特基二极管的制备方法，包括：在衬底上制备外延层；在所述外延层上生长金属氧化物薄膜作为高势垒肖特基；利用快速热退火，使所述金属氧化物薄膜形成金属氧化物纳米颗粒层；制备金属层覆于所述金属氧化物纳米颗粒层上得到低势垒肖特基；以及在所述衬底的背面制备欧姆接触，完成双势垒肖特基二极管的制备。上述方法制备的双势垒肖特基二极管能够有效缓解现有技术中肖特基二极管难以同时降低开启电压和降低反向漏电流等技术问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
双势垒肖特基二极管的制备方法


[0001]本公开涉及半导体
，尤其涉及一种双势垒肖特基二极管的制备方法。

技术介绍

[0002]功率二极管器件的功率损耗是器件在实际应用中的重要参数，为了实现最小化的功率损耗，应从减小器件的导通电阻、开启电压和反向泄漏电流这三个方面着手。SBD(Schottky Barrier Diode，肖特基势垒二极管)作为利用金属与半导体接触形成的金属
‑
半导体结原理制作的一种整流器件，被广泛应用于电路中。一个理想化的SBD应具有零导通压降与零反向漏电流。然而在实际应用中，SBD的导通压降与反向漏电流往往与SBH(Schottky barrier height，肖特基势垒高度，即指金属
‑
半导体接触界面的势垒高度)有直接的关系。选择较高的SBH能够有效降低肖特基二极管的反向漏电流，但是会导致较高的正向开启电压；而选择较低的SBH能够获得较低的开启电压，但是会导致较高的反向漏电流。较高的开启电压与反向漏电流意味着更多的能量被损耗。
[0003]因此，如何在降低开启电压和降低反向漏电流两个方面获得平衡是一个亟待解决的技术课题。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]基于上述问题，本公开提供了一种双势垒肖特基二极管的制备方法，以缓解现有技术中肖特基二极管难以同时降低开启电压和降低反向漏电流等技术问题。
[0006](二)技术方案
[0007]本公开提供一种双势垒肖特基二极管的制备方法，包括：在衬底上制备外延层；在所述外延层上生长金属氧化物薄膜作为高势垒肖特基；利用快速热退火，使所述金属氧化物薄膜形成金属氧化物纳米颗粒层；制备金属层覆于所述金属氧化物纳米颗粒层上得到低势垒肖特基；以及在所述衬底的背面制备欧姆接触，完成双势垒肖特基二极管的制备。
[0008]根据本公开实施例，所述金属氧化物选自Ni，Au，Pt，Cu，Mo，Ag或W的氧化物。
[0009]根据本公开实施例，所述金属氧化物为PtO
x
。
[0010]根据本公开实施例，所述金属层的制备材料选自Ni，Au，Pt，Cu，Mo，Ag或W。
[0011]根据本公开实施例，在所述衬底的背面生长Ti/Al/Ni/Au制备欧姆接触。
[0012]根据本公开实施例，双势垒肖特基二极管的制备方法，还包括：
[0013]在所述外延层上生长金属薄膜作为低势垒肖特基；利用快速热退火，使所述金属薄膜形成金属纳米颗粒层；以及制备金属氧化物层覆于所述金属纳米颗粒层上得到高势垒肖特基。
[0014]根据本公开实施例，双势垒肖特基二极管的制备方法，还包括：在外延层表面制备Pt金属薄膜层。
[0015]根据本公开实施例，所述衬底为氮化镓衬底。
[0016]根据本公开实施例，所述外延层为氮化镓外延层。
[0017]根据本公开实施例，所述Pt金属薄膜层的厚度为2nm。
[0018](三)有益效果
[0019]从上述技术方案可以看出，本公开双势垒肖特基二极管的制备方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
[0020](1)正向偏置时，低势垒的Ni肖特基在较低电压下导通，因此该结构的开启电压将与Ni
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GaN肖特基二极管基本保持一致。当达到PtO
x
的开启电压时，双肖特基同时导通，因此开态电阻不会有明显的下降；
[0021](2)反向偏置时，由于高势垒PtO
x
的耗尽效果，使得低势垒Ni的反向漏电被夹断。因此双势垒肖特基二极管的反向漏电将和PtO
x
‑
GaN肖特基二极管一个量级；
[0022](3)由于PtO
x
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GaN肖特基二极管具有非常良好的高温工作特性，双势垒肖特基二极管在高温下也具有很好的应用前景。
附图说明
[0023]图1为本公开实施例的双势垒肖特基二极管的制备方法中在衬底上制备外延层后的器件示意图。
[0024]图2为本公开实施例的双势垒肖特基二极管的制备方法中在所述外延层上生长金属氧化物薄膜后的器件示意图。
[0025]图3为本公开实施例的双势垒肖特基二极管的制备方法中利用快速热退火，使所述金属氧化物薄膜形成金属氧化物纳米颗粒层后的器件示意图。
[0026]图4为本公开实施例的双势垒肖特基二极管的制备方法中制备Ni/Au层覆于所述金属氧化物纳米颗粒层上得到低势垒肖特基后的器件示意图。
[0027]图5为本公开实施例的双势垒肖特基二极管的制备方法中在所述衬底的背面生长Ti/Al/Ni/Au作为欧姆接触后的整体器件示意图。
[0028]图6为本公开实施例的双势垒肖特基二极管的制备方法中在外延层表面先制备Pt金属薄膜层再完成后续操作后的整体器件示意图。
[0029]图7为本公开实施例的双势垒肖特基二极管的制备方法的流程示意图。
[0030]图8为本公开另一实施例的双势垒肖特基二极管的制备方法的流程示意图。
[0031]图9为本公开又一实施例的双势垒肖特基二极管的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
[0032]本公开提供了一种双势垒肖特基二极管的制备方法，结合高、低势垒的优势，通过简单的形成高低双势垒GaN SBD的方法，制备得到宽禁带半导体双势垒肖特基二极管，实现具有较低的开启电压的同时可以维持较小的反向漏电流的优势。该方法充分利用高势垒贵金属氧化物PtO的温度特性，PtO经过退火在GaN表面形成纳米颗粒，再在GaN上蒸发镀膜一层低势垒金属Ni，这样GaN表面就形成了PtO
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GaN和Ni
‑
GaN高低双势垒。
[0033]在实现本公开时专利技术人发现，正向特性与反向特性在单一的肖特基势垒器件中存在权衡性，不能同时达到最小。例如，对于高势垒的肖特基接触，器件的反向漏电会降低，但正向开启电压也会相应增加；对于低势垒的肖特基接触，器件会出现反向漏电流大，击穿电
压较低的缺点。因此，肖特基势垒高度(SBH)对于肖特基二极管(SBD)的工作特性起了决定性的作用。氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料，基于其的高功率肖特基二极管受到了广泛的研究。氮化镓二极管肖特基势垒高度对于二极管的整流性能起着决定性作用。肖特基势垒高度受金属功函数与界面缺陷等影响。目前的研究中的肖特基金属一般选自Ni，Au，Pt，Cu，Mo，Ag，W以及上述金属的氧化物等，一般金属与GaN接触形成的SBH相对较低，而氧化金属如PtO
x
的金属功函数较高，与GaN之间可以形成相对较高的SBH。现有技术降低了二极管的边缘漏电，但实际使用的器件通常器件面积较大，总漏电中边缘漏电占比小，因此对于减少漏电流的的效果相对有限。本公开中肖特基接触内部的大量纳米级双势垒二极管能有效降低肖特基二极管的体漏电，因此对于总体漏电的减小作用显著，更具有实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双势垒肖特基二极管的制备方法，包括：在衬底上制备外延层；在所述外延层上生长金属氧化物薄膜作为高势垒肖特基；利用快速热退火，使所述金属氧化物薄膜形成金属氧化物纳米颗粒层；制备金属层覆于所述金属氧化物纳米颗粒层上得到低势垒肖特基；以及在所述衬底的背面制备欧姆接触，完成双势垒肖特基二极管的制备。2.根据权利要求1所述的双势垒肖特基二极管的制备方法，所述金属氧化物选自Ni，Au，Pt，Cu，Mo，Ag或W的氧化物。3.根据权利要求1所述的双势垒肖特基二极管的制备方法，所述金属氧化物为PtO
x
。4.根据权利要求1所述的双势垒肖特基二极管的制备方法，所述金属层的制备材料选自Ni，Au，Pt，Cu，Mo，Ag或W。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐光伟，向学强，石中玉，赵晓龙，龙世兵，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：