场发射器件及其制作方法技术

公开了一种场发射器件的制作方法，包括：在衬底上形成一次外延层；在一次外延层上形成多个二次外延结构；在一次外延层上形成发射极电极层以及位于发射极电极层和多个二次外延结构之间的介质层；在介质层和多个二次外延结构上依序形成层叠的保护层、绝缘层、栅电极层和平坦化层；对平坦化层进行刻蚀处理，以使介质层和部分二次外延结构上的部分栅电极层暴露；对部分二次外延结构上的保护层、绝缘层和暴露的栅电极层的部分进行刻蚀去除，以将部分二次外延结构暴露；在介质层上的暴露的栅电极层上形成栅极连接电极层；形成与暴露的部分二次外延结构彼此相对的阳极，阳极与暴露的部分二次外延结构彼此之间具有预定距离。还公开了一种场发射器件。一种场发射器件。一种场发射器件。

【技术实现步骤摘要】
场发射器件及其制作方法


[0001]本专利技术属于半导体
，具体地讲，涉及一种场发射器件及其制作方法。

技术介绍

[0002]场发射器件(FE)是一种基于场发射现象的真空晶体管，由于其辐射硬度和无散射电子传输，它满足于恶劣环境和高频电子设备使用。目前，硅(Si)基场发射器件是发展最为成熟的，为了降低FE的工作电压，通常需要尖锐的尖端形貌或者缩小栅极
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发射极的间距。而III族氮化物半导体材料因为其电子亲合势可调(如GaN可以通过掺杂Al，控制Al组分调节)且易实现n型掺杂，被认为可以进一步提升场发射器件的性能，降低开启电压。首先，随着电子亲合势的降低，电子可以更容易地从半导体表面隧穿到真空中，这会使得器件有着更低的工作电压。
[0003]目前，基于III族氮化物的场发射器件研究还较少，已经报道的器件结果开启电压普遍大于100V，因为场发射器件的特征尺寸通常小于100nm，其制备工艺多依赖于先进的光刻与刻蚀技术，如电子束光刻，湿法数字刻蚀技术等。其主要存在的问题就是电流密度低，器件稳定性差，制备难度大，片上均匀性差等。

技术实现思路

[0004]为了解决上述现有技术存在的技术问题，本专利技术提供了一种场发射器件及其制作方法。
[0005]根据本专利技术的实施例的一方面提供了一种场发射器件的制作方法，包括：在衬底上形成一次外延层；在所述一次外延层上形成多个二次外延结构，相邻的所述二次外延结构之间具有间隔；在所述一次外延层上形成发射极电极层以及位于所述发射极电极层和所述多个二次外延结构之间的介质层；在所述介质层和所述多个二次外延结构上依序形成层叠的保护层、绝缘层、栅电极层和平坦化层；对所述平坦化层进行刻蚀处理，以使所述介质层和部分所述二次外延结构上的部分所述栅电极层暴露；对部分所述二次外延结构上的保护层、绝缘层和暴露的所述栅电极层的部分进行刻蚀去除，以将部分所述二次外延结构暴露；在所述介质层上的暴露的所述栅电极层上形成栅极连接电极层；形成与暴露的部分所述二次外延结构彼此相对的阳极，所述阳极与暴露的部分所述二次外延结构彼此之间具有预定距离。
[0006]在上述一方面提供的制作方法的一个示例中，所述多个二次外延结构阵列排布，所述二次外延结构为二次外延凸块，所述二次外延凸块呈圆棱台状或者四棱台状。
[0007]在上述一方面提供的制作方法的一个示例中，所述多个二次外延结构依次间隔排布，所述二次外延结构为二次外延凸条，所述二次外延凸条的长度延伸方向垂直于所述多个二次外延凸条的排布方向。
[0008]在上述一方面提供的制作方法的一个示例中，所述预定距离为1
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10mm。
[0009]在上述一方面提供的制作方法的一个示例中，在所述一次外延层上形成发射极电
极层以及位于所述发射极电极层和所述多个二次外延结构之间的介质层之前，所述制作方法还包括：在所述二次外延结构的顶表面和侧表面上形成耗尽层，以在所述侧表面和所述耗尽层之间形成耗尽区。
[0010]在上述一方面提供的制作方法的一个示例中，在衬底上形成一次外延层之前，所述制作方法还包括：在衬底上形成缓冲层，其中，所述外延层形成于所述缓冲层上。
[0011]在上述一方面提供的制作方法的一个示例中，所述在所述一次外延层上形成多个二次外延结构的方法具体包括：在所述一次外延层上形成掩膜层；对所述掩膜层进行图案化处理，以在所述掩膜层中形成阵列排布的多个过孔；在各个所述过孔暴露的所述一次外延层上进行二次外延，以形成多个二次外延结构；将剩余的所述掩膜层去除。
[0012]在上述一方面提供的制作方法的一个示例中，所述在所述一次外延层上形成多个二次外延结构的方法具体包括：在所述一次外延层上形成掩膜层；对所述掩膜层进行图案化处理，以在所述掩膜层中形成依次间隔排布的多个过孔，所述过孔的长度延伸方向垂直于所述多个过孔的排布方向；在各个所述过孔暴露的所述一次外延层上进行二次外延，以形成多个二次外延结构；将剩余的所述掩膜层去除。
[0013]根据本专利技术的实施例的另一方面提供了一种场发射器件的制作方法，其包括：在衬底上依序形成层叠的一次外延层和三氧化二铝层；对所述三氧化二铝层进行图案化处理，以形成多个过孔；在所述过孔暴露的一次外延层上形成多个二次外延结构；在所述一次外延层上形成发射极电极层以及位于所述发射极电极层和所述多个二次外延结构之间的介质层；在所述介质层、所述多个二次外延结构以及剩余的所述三氧化二铝层上依序形成层叠的绝缘层、栅电极层和平坦化层；对所述平坦化层进行刻蚀处理，以使所述介质层和部分所述二次外延结构上的部分所述栅电极层暴露；对部分所述二次外延结构上的绝缘层和暴露的所述栅电极层的部分进行刻蚀去除，以将部分所述二次外延结构暴露；在所述介质层上的暴露的所述栅电极层上形成栅极连接电极层；形成与暴露的部分所述二次外延结构彼此相对的阳极，所述阳极与暴露的部分所述二次外延结构彼此之间具有预定距离。
[0014]根据本专利技术的实施例的又一方面提供了一种由上述的制作方法制作形成的场发射器件。
[0015]有益效果：本专利技术的场发射器件及其制作方法，其可以提供低开启电压和高增益的器件性能。由于形成一次外延层和二次外延结构时不需要刻蚀处理，而是直接通过外延沉积的方式形成，器件的片上均匀性得到了提高，器件的生产效率得到了提高，器件的可靠性得到了提高。
附图说明
[0016]通过结合附图进行的以下描述，本专利技术的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
[0017]图1A至图1H是根据本专利技术的实施例的场发射器件的制作方法的制程图；
[0018]图2A至图2D是根据本专利技术的实施例的制作形成二次外延结构的制程图；
[0019]图2E至图2H是根据本专利技术的另一实施例的制作形成二次外延结构的制程图；
[0020]图3是根据本专利技术的实施例的二次外延结构的结构立体示意图；
[0021]图4是根据本专利技术的另一实施例的二次外延结构的结构立体示意图；
[0022]图5是根据本专利技术的实施例的耗尽区的示意图。
具体实施方式
[0023]以下，将参照附图来详细描述本专利技术的具体实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本专利技术，并且本专利技术不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本专利技术的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本专利技术的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
[0024]如本文中使用的，术语“包括”及其变型表示开放的术语，含义是“包括但不限于”。术语“基于”、“根据”等表示“至少部分地基于”、“至少部分地根据”。术语“一个实施例”和“一实施例”表示“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”表示“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同的或相同的对象。下面可以包括其他的定义，无论是明确的还是隐含的。除非上下文中明确地指明，否则一个术语的定义在整个说明书中是一致的。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种场发射器件的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：在衬底上形成一次外延层；在所述一次外延层上形成多个二次外延结构，相邻的所述二次外延结构之间具有间隔；在所述一次外延层上形成发射极电极层以及位于所述发射极电极层和所述多个二次外延结构之间的介质层；在所述介质层和所述多个二次外延结构上依序形成层叠的保护层、绝缘层、栅电极层和平坦化层；对所述平坦化层进行刻蚀处理，以使所述介质层和部分所述二次外延结构上的部分所述栅电极层暴露；对部分所述二次外延结构上的保护层、绝缘层和暴露的所述栅电极层的部分进行刻蚀去除，以将部分所述二次外延结构暴露；在所述介质层上的暴露的所述栅电极层上形成栅极连接电极层；形成与暴露的部分所述二次外延结构彼此相对的阳极，所述阳极与暴露的部分所述二次外延结构彼此之间具有预定距离。2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述多个二次外延结构阵列排布，所述二次外延结构为二次外延凸块，所述二次外延凸块呈圆棱台状或者四棱台状。3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述多个二次外延结构依次间隔排布，所述二次外延结构为二次外延凸条，所述二次外延凸条的长度延伸方向垂直于所述多个二次外延凸条的排布方向。4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述预定距离为1
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10mm。5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在所述一次外延层上形成发射极电极层以及位于所述发射极电极层和所述多个二次外延结构之间的介质层之前，所述制作方法还包括：在所述二次外延结构的顶表面和侧表面上形成耗尽层，以在所述侧表面和所述耗尽层之间形成耗尽区。6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在衬底上形成一次外延层之前，所述制作方法还包括：在衬底上形成缓冲层，其中，所述外延层形成于所述缓...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈文超，张晓东，魏星，唐文昕，周家安，张宝顺，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：