半导体和钛酸钡p-n结制造技术

本发明专利技术涉及电子学领域，特别是涉及一系列新型ｐ－ｎ结。本发明专利技术将ｎ型ＢａＡ＃－［ｘ］Ｔｉ＃－［１－ｘ］Ｏ＃－［３］或Ｂａ＃－［１－ｘ］Ｌａ＃－［ｘ］ＴｉＯ＃－［３］薄膜材料（其中Ａ是Ｎｂ或Ｓｂ或Ｔａ）或ｐ型钛酸钡ＢａＢ＃－［ｘ］Ｔｉ＃－［１－ｘ］Ｏ＃－［３］（其中Ｂ是Ｉｎ或Ｇａ或Ｍｎ，所有ｘ的取值范围为０．００５～０．５），与ｎ型或ｐ型半导体材料（选择硅或锗或砷化镓）进行叠层生长，制备成硅或锗或砷化镓和钛酸钡的ｐ－ｎ结、ｐ－ｐ结、ｎ－ｎ结、ｐ－ｎ－ｐ结、ｎ－ｐ－ｎ结等结构。本发明专利技术的制作工艺简单，稳定性好，可广泛应用于电子器件及探测器。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子学领域，特别是涉及一系列新型p-n结。锗硅p-n结的发现，使人类的生产、工作和生活发生了革命性的巨大变化。钛酸钡(BaTiO3)是一种功能性材料，它是一种具有代表性的铁电体，具有优良的铁电、介电、压电、热释电、光电和非线性光学等特性。在存储器、光探测、光折变等方面已有很多的研究和广泛应用(如文献1M.Sayer and K.Sreenivas，Science，247(1990)1056)；文献2Gene H.Hearting，J.Vac.Sci.Technol A，9(1991)414)。人们利用在BaTiO3中掺杂的方法，提高和改变BaTiO3的某些特性(如文献3中国专利，专利号ZL93104553.3)。我们用Nb部分替代Ti得到n型的BaNbxTi1-xO3(如文献4中国专利，专利申请号99108057.2)，用In或Mn部分替代Ti得到p型BaInxTi1-xO3(如文献5中国专利，专利申请号99123795.1)和BaMnxTi1-xO3(如文献6中国专利，专利申请号001000058.6)。我们也已制备出BaTiO3晶体管。(如文献7中国专利，专利申请号00100367.4)。本专利技术的目的在于提供一系列具有广泛应用的半导体和钛酸钡的p-n结，其中半导体是硅或锗或砷化镓。本专利技术提供的p-n结包括多晶，单晶，非晶或多晶、单晶和非晶交替混合的复合型的二极管、三极管、多基极三极管以及多发射极三极管等多种结构。本专利技术可广泛应用于电子学线路和探测器。本专利技术的目的是这样实现的以硅和钛酸钡p-n结为例，采用替位掺杂法，使用激光分子束外延、脉冲激光淀积、磁控溅射、电子束蒸发、分子束外延、化学沉积或汽相外延等制膜方法，制备n型钛酸钡BaAxTi1-xO3或Ba1-xLaxTiO3薄膜材料，其中A是Nb或Sb或Ta；制备p型钛酸钡BaBxTi1-xO3，其中B是In或Ga或Mn。所有x的取值范围为0.005～0.5。将一层n型钛酸钡生长在p型硅衬底上，或将一层p型钛酸钡生长在n型硅衬底上，则在钛酸钡和硅的界面处形成一个p-n结。将一层n型钛酸钡生长在与其载流子浓度不同的n型硅衬底上，则在钛酸钡和硅的界面上形成一个n-n结。将一层p型钛酸钡生长在与其载流子浓度不同的p型硅衬底上，则在钛酸钡和硅的界面上形成一个p-p结。同样，也可以将n型或p型的硅生长在n型或p型钛酸钡衬底或薄膜上形成p-n、n-n、p-p结。将n型或p型的钛酸钡与硅按npn或pnp的结构进行三层叠层生长，即可形成n-p-n结和p-n-p结，用来制备n-p-n和p-n-p三极管。因此，对于硅和钛酸钡的n-p-n结和p-n-p结，具有硅/钛酸钡/钛酸钡、硅/硅/钛酸钡、硅/钛酸钡/硅和钛酸钡/硅/钛酸钡等不同结构。钛酸钡材料如果缺氧，其氧空位也可使钛酸钡具有n型导电特性，因此在制备钛酸钡和硅p-n结时，也可不选用掺杂钛酸钡而在低氧压下生长钛酸钡，使其形成氧空位成为n型钛酸钡。钛酸钡和硅的p-n结与锗硅p-n结类似，可以按照需要设计，既可以是平面生长的，也可以是选区生长形成，还可以是腐蚀或刻蚀形成。制备p-n结叠层或选区生长的钛酸钡和硅薄膜，可以是多晶，非晶，单晶，也可以是多晶、非晶或单晶的交替混和生长。钛酸钡和硅p-n结的引出与封装，完全可以借用硅锗晶体管的已有设备与工艺，采用光刻、腐蚀或刻蚀，蒸镀电极。如需要与硅晶体管在刻蚀引线前先淀积一层SiO2一样，在钛酸钡和硅p-n结或p-p结或n-n结或p-n-p结或n-p-n结薄膜的上表面生长绝缘隔离层。绝缘隔离层可以是SiO2或SrTiO3或ZrO2或BaTiO3或LaAlO3或Al2O3，然后再刻蚀出引电极孔，蒸镀金属层，光刻、刻蚀引线，封装也可采用锗硅电路已有的管壳。同上所述，以锗或砷化镓代替硅，就可以制备出锗或砷化镓和钛酸钡的p-n结、p-p结、n-n结、p-n-p结、n-p-n结等不同的结构。本专利技术提供的半导体和钛酸钡的p-n结的制作工艺简单，稳定性好，将成为一种具有特点和广泛应用的电子器件，尤其是在存储器、光探测等方面将会有特殊应用。下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明附图说明图1为BaMn0.2Ti0.8O3(p)/Si(n)结构p-n结二极管伏安特性曲线，图2为BaNb0.3Ti0.7O3(n)/Si(p)结构p-n结二极管伏安特性曲线，图3为BaNb0.3Ti0.7O3(n)/Si(n)结构n-n结二极管伏安特性曲线。实施例1用激光分子束外延，在电阻率为2～6Ω.cm，2英寸单面抛光n型单晶Si衬底上生长250nm厚的非晶BaMn0.2Ti0.8O3薄膜，将生长好薄膜的Si衬底切割成1mm×1mm的管芯，分别在每个管芯的上下表面用铟焊上0.1mm铜丝做电极，制备出硅和钛酸钡p-n结二极管。图1是上述二极管测得的伏安特性曲线。实施例2按实施例1制作，用Ba0.6La0.4TiO3代替BaMn0.2Ti0.8O3外延生长在n型Si衬底上，制备硅和钛酸钡p-n结晶体二极管。实施例3按实施例1制作，用磁控溅射制膜方法，制备硅和钛酸钡p-n结二极管。实施例4按实施例1制作，用分子束外延方法，在n型Si衬底上外延生长200nm厚的BaIn0.05Ti0.95O3薄膜，制备硅和钛酸钡p-n晶体二极管。实施例5用激光分子束外延，在电阻率为0.1～0.5Ω·cm，3英寸单面抛光的p型单晶Si衬底上生长300nm厚的BaNb0.3Ti0.7O3薄膜，制备硅和钛酸钡p-n二极管。图2是上述二极管测得的伏安特性曲线。实施例6用激光分子束外延，在电阻率为2～6Ω·cm的2英寸单面抛光的n型单晶Si衬底上生长200nm厚的BaNb0.3Ti0.7O3制备硅和钛酸钡n-n二极管。图3是上述二极管测得的伏安特性曲线。实施例7用磁控溅射法，把BaTa0.05Ti0.95O3生长在电阻率为0.03～0.08Ω·cm的p型Si衬底上，制备硅和钛酸钡p-n二极管。实施例8用脉冲激光淀积法，把BaTa0.5Ti0.5O3生长在电阻率为200～250Ω·cm的p型单晶硅上，制备硅和钛酸钡p-n结二极管。实施例9用化学沉积法，把Ba0.7La0.3TiO3生长在电阻率为1～5Ω·cm的p型单晶Si上，制备硅和钛酸钡p-n结二极管。实施例10按实施例1制作，用电阻率为2～6Ω·cm的2英寸n型锗代替硅，制备锗和钛酸钡p-n结二极管。实施例11按实施例1制作，用电阻率为2～6Ω·cm的2英寸n型砷化镓代替硅，制备砷化镓和钛酸钡p-n结二极管。实施例12用激光分子束外延，选用电阻率为0.2～0.5Ω·cm，4英寸n型单晶Si做衬底和三极管的发射极e，在n型Si上生长500nm厚的BaIn0.3Ti0.7O3做基极b，再在BaIn0.3Ti0.7O3上生长BaNb0.1Ti0.9O3做集电极c。用光刻和粒子束刻蚀的方法分别刻蚀出Φ30μm圆形集电极c，和Φ40～50μm的半圆环基极b电极孔，在刻蚀好的薄膜表面再淀积500nm的SiO2做绝缘隔离层，在隔离层SiO2上光刻和刻蚀出电极引线，压焊引线，封管壳制备成硅和钛酸钡n-p-n三极管。实施例13按实施例12制备，在集电极c的周围制备3个基极b，制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
半导体和钛酸钡ｐ－ｎ结，其特征在于：ｎ型和ｐ型的半导体为掺杂的硅或锗或砷化镓；ｎ型钛酸钡为ＢａＡ↓［ｘ］Ｔｉ↓［１－ｘ］Ｏ↓［３］或Ｂａ↓［１－ｘ］Ｌａ↓［ｘ］ＴｉＯ↓［３］，其中Ａ是Ｎｂ或Ｓｂ或Ｔａ，ｐ型钛酸钡为ＢａＢ↓［ｘ］Ｔｉ↓［１－ｘ］Ｏ↓［３］，其中Ｂ是Ｉｎ或Ｍｎ，Ｘ＝０．００５～０．５；将ｐ型和ｎ型钛酸钡材料与ｎ型和ｐ型半导体材料进行叠层生长，制备ｐ－ｎ结、ｐ－ｐ结、ｎ－ｎ结、ｎ－ｐ－ｎ结、ｐ－ｎ－ｐ结。

【技术特征摘要】
1.半导体和钛酸钡p-n结，其特性在于n型和p型的半导体为掺杂的硅或锗或砷化镓；n型钛酸钡为BaAxTi1-xO3或Ba1-xLaxTiO3，其中A是Nb或Sb或Ta，p型钛酸钡为BaBxTi1-xO3，其中B是In或Mn，X＝0.005～0.5；将p型...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕惠宾，颜雷，戴守愚，陈正豪，周岳亮，陈凡，谈国太，杨国桢，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]