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在基片上形成的电子器件及其制造方法技术

技术编号:3192960 阅读:152 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术涉及在由已知半导体电子器件中使用的材料组成的基片上形成的包括氧化钼的半导体电子器件。本发明专利技术还涉及用于在由已在通常的电子和光子器件中使用的材料组成的基片上制造所述电子器件的新方法。适当的基片由诸如以下的材料组成:诸如硅和锗之类的单质半导体、诸如砷化镓和磷化镓之类的Ⅲ-Ⅴ化合物半导体、诸如氧化锌之类的Ⅱ-Ⅳ化合物半导体、Ⅳ化合物半导体、有机半导体、金属晶体以及它们的衍生物或玻璃。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及由在已知半导体电子器件中使用的材料组成的基片上形成的包括氧化钼的半导体电子器件。更加具体地,本专利技术涉及由新的半导体制成的场效应晶体管、双极晶体管、具有高击穿电压的晶闸管以及恶劣环境电子器件,其能够解决由诸如氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)之类的具有大能带隙的已知半导体制成的这样的器件带来的难题。本专利技术还涉及用于在由已在通常的电子和光子器件中使用的材料组成的基片上制造所述电子器件的新方法。
技术介绍
近来,在诸如家用电子产品、汽车、机床以及照明之类的各种领域中使用了诸如双极晶体管、场效应晶体管以及晶闸管之类的所谓功率器件。随着应用的增加,高效且高速地转换和控制电功率对功率器件而言是所需要的。尽管已使用硅(Si)制造功率器件很长时间,但是预测了硅器件的限制。限制来自大约1电子伏(eV)的硅的能带隙很小的事实。已进行了广泛的研究,以实现由具有大的能带隙的半导体、亦即所谓的宽隙半导体制成的功率器件,以克服限制。具体地,已广泛地进行了使用能带隙大约为3.43eV的氮化镓(GaN)或能带隙大约为3.2eV的碳化硅(SiC)的功率器件的开发。另一方面,由来自宇宙射线或汽车的噪声和热量引起的电子器件的误差或故障已成为严重问题。已弄清能抵抗具有噪声或热量的严峻环境的所谓恶劣环境器件应当由具有大的能带隙的半导体制成。已从这些观点出发进行了使用GaN或SiC的电子器件的开发。然而对于实现由GaN或SiC制成的电子器件,存在许多要解决的另外的问题。最严重的问题之一在于,GaN的块晶尚未获得,因为氮的平衡蒸汽压相对于镓的平衡蒸汽压非常高。因此,使用由蓝宝石或碳化硅(SiC)组成的基片。在蓝宝石基片上不能直接形成GaN,因为在蓝宝石和GaN之间存在16%的晶格失配。因此在生长GaN之前,在蓝宝石基片上形成氮化铝(AlN)的缓冲层。AlN是电阻性的,因为难以将杂质掺入到AlN中。在诸如双极晶体管和晶闸管之类的包括多层半导体的器件中使用蓝宝石基片对于它们的结构和制造工艺而言是非常不利的。另一方面,SiC基片非常昂贵,因为SiC的块晶要在2200-2400℃的非常高的温度下生长。使用SiC基片的GaN器件或SiC器件是非常昂贵的。对于实现新器件要解决的问题是获得替换诸如蓝宝石或SiC之类的昂贵基片的新基片。第二个严重的问题是实现能够在比形成GaN或SiC层的温度更低的温度下生长的新器件。有必要在高于1000℃的温度下形成GaN或SiC的层。在高温下形成半导体层需要大量能量。另外,存在层之间原子移动、成分被干扰或者掺杂物在层之间的界面附近移动的可能性。通过使用氧化钼用于这样的光子器件,能够部分解决上述问题。本专利技术的专利技术人发现,高质量氧化钼晶体具有大于3.2eV的能带隙,并且非常适用于在光子和电子器件中使用(美国专利申请No.10/848,145和No.10/863,288)。在上述专利申请中,描述了本专利技术的专利技术人发现的事实和方法。它们被总结如下 (i)高质量氧化钼晶体具有3.45~3.85eV的能带隙。通过对具有大于10μm的厚度的氧化钼层的实验获得该结果,所述氧化钼层通过在具有99.9995%的纯度的氧气中氧化具有99.99%的纯度的钼板生长。例如,通过在550℃下氧化120分钟形成的氧化钼具有3.66eV的能带隙。本专利技术的专利技术人专利技术的方法形成的氧化钼具有大于以前报导的能带隙的原因在于,它是具有大于以前报导的厚度的高质量氧化钼晶体。能带隙受到层的结构,亦即晶体或非晶体、层中的应变以及纯度的影响。(ii)可以证实,本专利技术人的方法形成的氧化钼也是基于电子性质的测量结果的半导体。然而,在上述专利申请中,通过氧化部分的金属钼板来形成氧化钼晶体。部分的金属钼板被留下而没有氧化。因为钼板不是晶体,所以不能使用诸如劈理之类的某些制造技术。进而,当通过氧化钼板来形成时,精确控制氧化钼层的厚度是困难的。因此需要在新的基片上形成具有大于3.2eV的能带隙的半导体晶体层,所述新的基片优选地由在已知器件中使用的材料组成,并且优选地是晶体。在本专利中,能够在由已在通常的电子和光子器件中使用的材料组成的基片上形成氧化钼膜。最普遍的材料是硅。本专利技术能够解决基片上的最严重的问题之一。在本专利技术中,在低于850℃的温度下通过新方法能够在基片上形成氧化钼膜。因此,本专利技术能够解决第二个严重的问题。
技术实现思路
本专利技术针对包含在基片上生长的金属氧化物的半导体电子器件及其制造方法。具体地,本专利技术使用作为金属氧化物的氧化钼,其具有大于3.2eV的能带隙,并且非常适用于制造诸如二极管、双极晶体管、场效应晶体管以及具有高耐压的晶闸管之类的电子器件。本专利技术同样针对由高纯度氧化钼组成的恶劣环境电子器件。本专利技术的重要方面在于,能够在已在通常的光子和电子器件中传统上使用的材料组成的基片上形成氧化钼膜。可以用作这样的基片材料的最普遍的材料是硅。本专利技术的另一个重要方面在于在基片上制造电子器件的新颖方法。根据这种新颖的方法,在基片上形成金属氧化物的至少第一层,优选地在基片上直接形成氧化钼。本专利技术的新颖方法包括以下系列步骤。第一步,在生长室中布置基片和源材料。作为源材料,典型地使用钼板,并且典型的基片是硅。第二步,在生长室中形成温度分布,以便源材料处的温度高于基片处的温度。第三步,在形成温度分布之后,使氧气流动一段预定时间,这取决于形成特定器件所需的氧化钼的厚度。能够通过使用包括和上述步骤类似的步骤的任何方法来形成电子器件中的(一个或多个)氧化钼层。在那些情况下,基片可以充当部分的器件。适当的基片由从以下选择的材料组成诸如硅和锗之类的IV单质半导体、诸如砷化镓和磷化镓之类的III-V化合物半导体、诸如氧化锌之类的II-IV化合物半导体、IV化合物半导体、有机半导体、金属晶体以及它们的衍生物或玻璃。附图说明图1是根据本专利技术的第一实施例的场效应晶体管的结构的示意图; 图2显示了通过模拟在图1中显示了其结构的场效应晶体管获得的500℃下的电流-电压特性;图3是根据本专利技术的第二实施例的双极晶体管的示意图;图4显示了通过模拟在图3中显示了其结构的双极晶体管获得的500℃下的电流-电压特性;图5是根据本专利技术的第三实施例的晶闸管的示意6显示了通过模拟在图5中显示了其结构的晶闸管获得的耐压和接通电阻之间的关系。具体实施例方式现在将对本专利技术的优选实施例更加详细地进行参考。通过使用由已在通常的电子和光子器件中使用的材料组成的基片上形成的作为诸如二极管、场效应晶体管、双极晶体管以及晶闸管之类的电子器件的至少一部分的高纯度氧化钼,解决了上述问题。本专利技术针对至少部分由具有大于3.45eV的能带隙的高纯度氧化钼组成的电子器件。所述器件包括电阻器件、二极管、晶体管、霍尔效应器件、热控管、变阻器、晶闸管以及存储器件。图1是根据本专利技术的第一实施例的场效应晶体管100的示意图。在图中,基片101由硅组成。然而,能够使用其他材料。在基片101上形成氧化钼层102。通过以下步骤形成层102。在这个例子中,钼(Mo)板用作源,并且使用硅(Si)基片。首先,漂洗并干燥源和硅基片101。然后将它们放置在生长室中。下一步,加热生长室,以便在氮保护气氛下,源区的温度为630℃,并且基片区的温度为530℃。在将源和基片本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种半导体电子器件,其具有在基片上形成的氧化钼层,所述基片包含从以下选择的材料:Ⅳ单质半导体、Ⅲ-Ⅴ或Ⅱ-Ⅳ化合物半导体、Ⅳ化合物半导体、有机半导体、金属晶体以及它们的衍生物或玻璃。

【技术特征摘要】
JP 2005-1-19 2005-0112481.一种半导体电子器件,其具有在基片上形成的氧化钼层,所述基片包含从以下选择的材料IV单质半导体、III-V或II-IV化合物半导体、IV化合物半导体、有机半导体、金属晶体以及它们的衍生物或玻璃。2.根据权利要求1所述的半导体电子器件,其中,所述电子器件是电阻器件、二极管、晶体管、霍尔效应器件、变抗器、热控管、晶闸管以及存储器件。3.根据权利要求1所述的半导体电子器件,其中,所述氧化钼是具有等于或大于3.45eV的能带隙的高纯度氧化钼。4.根据权利要求1所述的半导体电子器件,其中,所述氧化钼是通过汽相沉积形成的高纯度氧化钼。5.根据权利要求1所述的半导体电子器件,其中,在其上形成氧化钼层的所述基片是硅基片。6.根据权利要求1所述的半导体电子器件,其中,所述电子器件是具有下述器件结构的晶闸管,所述器件结构由在所述基片上按照顺序堆叠起来的第一p型氧化钼层、第一n型氧化钼层、第二p型氧化钼层和第二n型氧化钼层组成。7.根据权利要求1所述的半导体电子器件,其中,所述电子器件是具有下述器件结构的晶闸管,所述器件结构由在所述基片上按照顺序堆叠起来的氧化钼的缓冲层、第一p型氧化钼层、第一n型氧化钼层、第二p型氧化钼层和第二n型氧化钼层组成。8.根据权利要求1所述的半导体电子器件,其中,所述电子器件是具有下述器件结构...

【专利技术属性】
技术研发人员:河东田隆
申请(专利权)人:河东田隆
类型:发明
国别省市:JP[日本]

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