二极管及其制备方法技术

本公开提供了一种基底；至少一个第一电极，第一电极形成于基底之上；至少一个第二电极，第二电极形成于基底之上，且与第一电极间隔开；以及半导体沟道层，至少设置在第一电极和第二电极之间，其中，沟道层形成有第一类型掺杂区和第二类型掺杂区。本公开还提供了一种二极管的制备方法。二极管的制备方法。二极管的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
二极管及其制备方法


[0001]本公开涉及半导体
，特别涉及一种二极管及其制备方法。

技术介绍

[0002]通常二极管如硅基或铟砷化镓(InGaAs)等，通过化学元素掺杂的方式构建p区和n区，形成有效的耗尽区。但是，对于部分半导体材料，特别是低维材料(如碳纳米管、二维材料等)，形成均匀、可控的化学掺杂极具挑战性。一方面采用离子注入等方式会破坏材料的完美晶格结构，另一方面这类半导体材料只有少数几个原子层，很难精准调控掺杂浓度、深度等。
[0003]针对以上问题，科研人员开发了接触掺杂、底栅静电掺杂等方式来构建pn二极管。
[0004]例如，采用金属钯和钪与碳纳米管接触构建了p、n掺杂区，形成无势垒二极管，但其pn结只分布在电极附近100纳米处，器件的整流比低。
[0005]再如，分别对沟道材料的不同区域施加+12伏和
‑
12伏的栅压实现p、n静电掺杂，构建了分离栅结构的二极管。虽然展示了很好的整流特性，但这种器件结构复杂、也很难与其他元件集成。
[0006]又如，开发了栅介质静电掺杂的方式，即通过调整栅介质的成份和制备工艺、利用静电力作用调控半导体的费米能级，实现对半导体场效应晶体管阈值的调控。但这种栅介质掺杂方式只能实现在沟道中进行一种载流子的静电掺杂，并未能同时实现p、n掺杂以及二极管的构建。

技术实现思路

[0007]为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种二极管及其制备方法。
[0008]本公开的一个方面提供了一种二极管，可包括：基底；至少一个第一电极，第一电极形成于基底之上；至少一个第二电极，第二电极形成于基底之上，且与第一电极间隔开；以及半导体沟道层，至少设置在第一电极和第二电极之间，其中，沟道层形成有第一类型掺杂区和第二类型掺杂区，第一类型掺杂区形成在沟道层的第一部分区域，并且与第一电极对应设置，第一类型掺杂区的第一类型掺杂基于设置在第一部分区域之上的第一介质层实现；以及第二类型掺杂区设置在沟道层的第二部分区域，第一区域与第二区域为沟道层的不同区域，并且第一类型掺杂与第二类型掺杂区的第二类型掺杂为不同类型的掺杂。
[0009]在一些实施方式中，第一介质层由带有空间电荷的第一介质材料形成。
[0010]在一些实施方式中，第一介质层为氮化物或氧化物。
[0011]在一些实施方式中，沟道层由碳纳米管构成。
[0012]在一些实施方式中，第二类型掺杂区通过接触掺杂、自然掺杂或者基于第二介质层实现第二类型掺杂。
[0013]在一些实施方式中，第一介质层由能够将第一类型掺杂区构成n掺杂区的第一介质材料形成，并且第二类型掺杂区为p掺杂区。
[0014]在一些实施方式中，在沟道层设置第二介质层，以便形成第二类型掺杂区，并且在第二介质层之上设置第一介质层，以便形成第一类型掺杂区。
[0015]在一些实施方式中，第一介质层及第二介质层作为钝化层。
[0016]在一些实施方式中，第二介质层的一部分设置在第二电极之上，第一介质层的一部分设置在第一电极之上；或者第二介质层的一部分设置在第二电极和第一电极之上，第一介质层设置第二介质层之上。
[0017]在一些实施方式中，还包括栅极，栅极被控制为能够改变沟道层中的载流子浓度从而调控二极管的输出特性。
[0018]本公开的另一个方面提供了一种二极管的制备方法，可包括：准备基底；在基底制作栅极；至少在栅极上制备栅绝缘层；在栅绝缘层上制备半导体沟道层；制备至少一个第一电极和至少一个第二电极，使得沟道层至少位于第一电极和第二电极之间；以及在沟道层形成第一类型掺杂区和第二类型掺杂区，其中，第一类型掺杂区形成在沟道层的第一部分区域，并且与第一电极对应设置，第一类型掺杂区的第一类型掺杂基于设置在第一部分区域之上的第一介质层实现；以及第二类型掺杂区设置在沟道层的第二部分区域，第一区域与第二区域为沟道层的不同区域，并且第一类型掺杂与第二类型掺杂区的第二类型掺杂为不同类型的掺杂。
[0019]本公开的又一个方面提供了一种二极管的制备方法，可包括：制备基底；在基底上制备半导体沟道层；制备至少一个第一电极和至少一个第二电极，使得沟道层至少位于第一电极和第二电极之间；在沟道层形成第一类型掺杂区和第二类型掺杂区；在沟道层之上制备栅绝缘层；以及在栅绝缘层上制备栅极，其中第一类型掺杂区形成在沟道层的第一部分区域，并且与第一电极对应设置，第一类型掺杂区的第一类型掺杂基于设置在第一部分区域之上的第一介质层实现；以及第二类型掺杂区设置在沟道层的第二部分区域，第一区域与第二区域为沟道层的不同区域，并且第一类型掺杂与第二类型掺杂区的第二类型掺杂为不同类型的掺杂。
[0020]在一些实施方式中，第一介质层由带有空间电荷的第一介质材料形成。
[0021]在一些实施方式中，第一介质层为氮化物或氧化物。
[0022]在一些实施方式中，沟道层由碳纳米管构成。
[0023]在一些实施方式中，第二类型掺杂区通过接触掺杂、自然掺杂或者基于第二介质层实现第二类型掺杂。
[0024]在一些实施方式中，第一介质层由能够将第一类型掺杂区构成n掺杂区的第一介质材料形成，并且第二类型掺杂区为p掺杂区。
[0025]在一些实施方式中，在沟道层设置第二介质层，以便形成第二类型掺杂区，并且在第二介质层之上设置第一介质层，以便形成第一类型掺杂区。
[0026]在一些实施方式中，第二介质层的一部分设置在第二电极之上，第一介质层的一部分设置在第一电极之上；或者第二介质层的一部分设置在第二电极和第一电极之上，第一介质层设置在第二介质层之上。
附图说明
[0027]附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，
其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
[0028]图1为根据本公开实施方式的二极管的一种结构示意图；
[0029]图2为局部底栅结构的二极管结构示意图；
[0030]图3为全局底栅结构的二极管结构示意图；
[0031]图4为顶栅结构的二极管结构示意图；
[0032]图5为根据本公开实施方式的二极管整流特性示意图；
[0033]图6为根据本公开实施方式的二极管单向导通特性示意图；
[0034]图7为根据本公开实施方式的二极管的光电响应曲线图；
[0035]图8为根据本公开实施方式的局部底栅结构的二极管制备方法流程图；
[0036]图9A至9H为局部底栅结构的二极管的制备工艺分解图；
[0037]图10为根据本公开实施方式的全局底栅结构的二极管制备方法流程图；以及
[0038]图11为根据本公开实施方式的顶栅结构的二极管制备方法流程图。
具体实施方式
[0039]下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二极管，其特征在于，包括：基底；至少一个第一电极，所述第一电极形成于所述基底之上；至少一个第二电极，所述第二电极形成于所述基底之上，且与所述第一电极间隔开；以及半导体沟道层，至少设置在所述第一电极和所述第二电极之间，其中，所述沟道层形成有第一类型掺杂区和第二类型掺杂区，所述第一类型掺杂区形成在所述沟道层的第一部分区域，并且与所述第一电极对应设置，所述第一类型掺杂区的第一类型掺杂基于设置在所述第一部分区域之上的第一介质层实现；以及所述第二类型掺杂区设置在所述沟道层的第二部分区域，所述第一区域与所述第二区域为所述沟道层的不同区域，并且所述第一类型掺杂与所述第二类型掺杂区的第二类型掺杂为不同类型的掺杂。2.如权利要求1所述的二极管，其特征在于，所述第一介质层由带有空间电荷的第一介质材料形成。3.如权利要求1所述的二极管，其特征在于，所述第一介质层为氮化物或氧化物。4.如权利要求1所述的二极管，其特征在于，所述沟道层由碳纳米管构成。5.如权利要求1所述的二极管，其特征在于，所述第二类型掺杂区通过接触掺杂、自然掺杂或者基于第二介质层实现第二类型掺杂。6.如权利要求1至5中任一项所述的二极管，其特征在于，所述第一介质层由能够将第一类型掺杂区构成n掺杂区的第一介质材料形成，并且所述第二类型掺杂区为p掺杂区。7.如权利要求6所述的二极管，其特征在于，在所述沟道层设置第二介质层，以便形成所述第二类型掺杂区，并且在所述第二介质层之上设置第一介质层，以便形成所述第一类型掺杂区。8.如权利要求7所述的二极管，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏楠，张新玥，司佳，王颖，彭练矛，
申请(专利权)人：北京元芯碳基集成电路研究院北京华碳元芯电子科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：