基于氧化镓二维电子气的薄膜场效应晶体管制造技术

本实用新型专利技术提供一种基于氧化镓二维电子气的薄膜场效应晶体管。包括衬底、异质结构、栅介质层、源电极、漏电极及栅电极；异质结构包括位于衬底表面的氧化镓层和位于氧化镓层表面的氧化锌层，氧化镓层和氧化锌层的界面处形成二维电子气；栅介质层位于氧化锌层的表面，栅电极位于栅介质层的表面；源电极和漏电极位于氧化镓层的表面，且与氧化镓层欧姆接触。本实用新型专利技术利用在原子层沉积氧化锌的过程中对氧化镓层的氧化还原反应所产生的氧空位，在氧化锌/氧化镓异质结界面处形成导电沟道，通过栅极电压对氧空位浓度的调节，实现对场效应晶体管的开关控制，从而为低导通电阻增强型氧化镓二维电子气的耐压电子器件提供新的解决方案。二维电子气的耐压电子器件提供新的解决方案。二维电子气的耐压电子器件提供新的解决方案。

【技术实现步骤摘要】
基于氧化镓二维电子气的薄膜场效应晶体管


[0001]本技术涉及半导体器件领域，特别是涉及一种基于氧化镓二维电子气的薄膜场效应晶体管。

技术介绍

[0002]随着新能源、5G等新兴技术的出现与快速发展，传统硅基器件已经无法满足这些应用场景的需求，因此第三代化合物半导体受到的关注度越来越高，它们在大功率、高温、高压等应用场合将发挥传统硅基器件无法实现的各种功能。氧化镓凭借其超宽的禁带而在大功率器件的应用方面展现出独特优势。氧化镓具有n型半导体的特性，β相氧化镓能够在高温下稳定工作，能够承载更高的能量密度，具有较高的载流子迁移率，有利于提升器件整体的能效以及让器件高速地工作，这填补了硅基器件的不足，使得氧化镓在大功率场景中有广阔的应用前景。
[0003]现有技术中的场效应晶体管由于选用的沟道材料无法承受大击穿场强，在大功率和高频率使用条件下器件生产成本高、稳定性差，满足不了高功率，高迁移率的需求，限制了功率器件的发展。近年来，人们提出了在周期性排列的超晶格结构以及外延生长的异质结构的氧化物界面中形成二维电子气(2DEG)，例如LaAlO3/SrTiO3和ZnO/MgZnO，然而LaAlO3/SrTiO3等衬底材料成本高昂、制备工艺复杂，难以形成大面积的二维电子气层。本申请的技术人经大量研究，提出了一种利用氧化镓材料形成二维电子气的技术方案。

技术实现思路

[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种基于氧化镓二维电子气的薄膜场效应晶体管，用于解决传统的硅基器件难以满足高功率、高迁移率等场景的应用需求，而采用LaAlO3/SrTiO3等衬底材料形成二维电子气存在成本高昂、制备工艺复杂，难以形成大面积的二维电子气层等问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本技术提供一种基于氧化镓二维电子气的薄膜场效应晶体管，包括，衬底、异质结构、栅介质层、源电极、漏电极及栅电极；所述异质结构包括位于衬底表面的氧化镓层和位于氧化镓层表面的氧化锌层，所述氧化镓层和氧化锌层的界面处形成二维电子气；所述栅介质层位于所述氧化锌层的表面，所述栅电极位于所述栅介质层的表面；所述源电极和漏电极位于所述氧化镓层的表面，且与所述氧化镓层欧姆接触。
[0006]可选地，所述氧化镓层的厚度为10nm～100nm。
[0007]可选地，所述氧化锌层的厚度为1nm～20nm。
[0008]可选地，所述栅介质层包括氧化铝层、氧化铪层和氧化硅层中的一种或多种的结合，所述氧化铝层的厚度为5nm～50nm。
[0009]可选地，所述源电极、漏电极和栅电极的材质选自金、银、铜、铝、镍、钛、钼和铂中的一种或多种的结合。
[0010]可选地，电极的厚度为20nm～100nm。
[0011]可选地，所述衬底包括硅、氧化硅和氧化镓衬底中的一种或多种的结合。
[0012]如上所述，本技术的基于氧化镓二维电子气的薄膜场效应晶体管，具有以下有益效果：本技术利用在原子层沉积氧化锌的过程中对氧化镓层的氧化还原反应所产生的氧空位，在氧化锌/氧化镓异质结界面处形成导电沟道，通过栅极电压对氧空位浓度的调节，实现对场效应晶体管的开关控制，从而为低导通电阻增强型氧化镓二维电子气的耐压电子器件提供新的解决方案。本技术的制备工艺简单，可以制备大面积的二维电子气层，有利于降低器件成本。
附图说明
[0013]图1显示为本技术实施例一提供的基于氧化镓二维电子气的薄膜场效应晶体管例示性截面结构示意图。
[0014]图2
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8显示为本技术实施例二提供的基于氧化镓二维电子气的薄膜场效应晶体管的制备方法于各步骤所呈现出的例示性截面结构示意图。
[0015]图9
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16显示为本技术实施例三提供的基于氧化镓二维电子气的薄膜场效应晶体管的制备方法于各步骤所呈现出的例示性截面结构示意图。
[0016]图17
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28显示为本技术实施例四提供的基于氧化镓二维电子气的薄膜场效应晶体管的制备方法于各步骤所呈现出的例示性截面结构示意图。
[0017]元件标号说明
[0018]11
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衬底
[0019]12
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氧化镓层
[0020]13
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氧化锌层
[0021]14
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二维电子气
[0022]15
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栅介质层
[0023]16
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源电极
[0024]17
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漏电极
[0025]18
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栅电极
[0026]19
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光刻胶层
具体实施方式
[0027]以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。
[0028]请参阅图1至28。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，遂图式中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
[0029]实施例一
[0030]如图1所示，本技术提供一种基于氧化镓二维电子气的薄膜场效应晶体管，包括，衬底11、异质结构、栅介质层15、源电极16、漏电极17及栅电极18；所述异质结构包括位于衬底11表面的氧化镓层12和位于氧化镓层12表面的氧化锌层13，所述氧化镓层12和氧化锌层13的界面处形成二维电子气14；所述栅介质层15位于所述氧化锌层13的表面，所述栅电极18位于所述栅介质层15的表面；所述源电极16和漏电极17位于所述氧化镓层12的表面，且与所述氧化镓层12欧姆接触。本技术采用氧化镓材料和氧化锌形成异质结构，在氧化镓异质结界面能够形成可自由移动的电子，在不通过掺杂技术的条件下，可以形成低电阻率、高载流子密度的二维电子气，能够制备成耗尽型薄膜晶体管，满足高功率和高频率的使用场景。同时可以简化器件制备工艺，降低器件成本。
[0031]作为示例，所述衬底11包括但不限于氧化硅基底，或者可以为硅基底表面形成有氧化硅的复合衬底。在其他示例中，还可以为石英玻璃、塑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于氧化镓二维电子气的薄膜场效应晶体管，其特征在于，包括，衬底、异质结构、栅介质层、源电极、漏电极及栅电极；所述异质结构包括位于衬底表面的氧化镓层和位于氧化镓层表面的氧化锌层，所述氧化镓层和氧化锌层的界面处形成二维电子气；所述栅介质层位于所述氧化锌层的表面，所述栅电极位于所述栅介质层的表面；所述源电极和漏电极位于所述氧化镓层的表面，且与所述氧化镓层欧姆接触。2.根据权利要求1所述的薄膜场效应晶体管，其特征在于，所述氧化镓层的厚度为10nm~100nm。3.根据权利要求1所述的薄膜场效应晶体管，其特征在于，所述氧化锌层的厚度为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇航，马宏平，卢红亮，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：新型
国别省市：